卷曲螺旋

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原肌球蛋白所形成的卷曲螺旋。
一個典型的由兩個反平行α螺旋所組成的卷曲螺旋。來自GCN4蛋白中的亮氨酸拉鏈。PDB 1ZIK

卷曲螺旋（英語：coiled coil）是一種蛋白質(zhì)超二級結構，由2－7[1]個α螺旋（最常見的是2或4個）互相纏繞形成麻花狀結構。許多具有重要生物學功能（如基因表達調(diào)控中的轉錄因子）蛋白質(zhì)含有卷曲螺旋。

許多含有卷曲螺旋結構的蛋白質(zhì)具有重要的生物學功能，例如基因表達的調(diào)控中的轉錄因子。含有卷曲螺旋結構最知名的蛋白質(zhì)有原癌蛋白（oncoprotein）c-fos和jun，以及原肌球蛋白（tropomyosin，一種肌肉蛋白）。

目錄

歷史

在萊納斯·鮑林和他的同事于1951年提出α螺旋結構[2]后不久，弗朗西斯·克里克就于1952年提出了α-角蛋白中可能存在由α螺旋互相纏繞而形成卷曲螺旋。[3]

結構

卷曲螺旋中七肽重復區(qū)的示意圖

形成卷曲螺旋的蛋白質(zhì)序列中通常具有序列重復現(xiàn)象，每個重復序列區(qū)含有七個氨基酸，被稱為七肽重復區(qū)（heptad repeat）。卷曲螺旋中螺旋之間相互作用的表面常含有疏水氨基酸，如亮氨酸，而由亮氨酸在相互作用表面的排列就形成了“亮氨酸拉鏈”（亮氨酸如同拉鏈一般相互作用）。在細胞質(zhì)這樣一個水環(huán)境中，兩個螺旋排列在一起最好的方式就是將它們的疏水氨基酸相對，而親水氨基酸則朝外；這樣就使得疏水表面不會暴露于水環(huán)境中。這種對疏水表面的包埋為兩個螺旋的二聚化提供了熱力學驅動力。

形成卷曲螺旋的α螺旋之間的關系可以是平行的或反平行的，并且這些α螺旋通常采用“左手”型超螺旋。少量“右手”型卷曲螺旋也存在于自然界中，或者通過蛋白質(zhì)工程設計而達成。[4]

生物學功能

gp41六聚體能夠啟動HIV進入宿主細胞。

HIV感染

艾滋病毒（HIV）侵入人體細胞中關鍵的一個步驟是由反平行卷曲螺旋構成的gp41三聚體的暴露。gp41三聚體一般是被另一個病毒表面糖蛋白gp120所覆蓋，以保護gp41免受抗體識別。當病毒結合到靶細胞上時，gp120發(fā)生結構變化，將gp41三聚體暴露出來使得gp41的疏水N端尾部插入靶細胞的細胞膜。gp41上的三個α螺旋折疊到gp41的卷曲螺旋三聚體上形成六聚體，并將病毒外膜與靶細胞的細胞膜拉到足夠近而發(fā)生膜融合。然后，病毒就可以進入細胞，開始自身復制。

二聚化標簽

由于卷曲螺旋的特異性作用并且常常形成二聚體，因此卷曲螺旋被用作二聚化的標簽應用于需要二聚化的蛋白質(zhì)。

參考文獻

  1. ↑ Liu, J; Zheng Q, Deng Y, Cheng CS, Kallenbach NR, and Lu M.. A seven-helix coiled coil. P.N.A:S. 2006, 103: 15457-62-15462. 
  2. ↑ Pauling, Linus; Corey, Robert B.; Branson, H. R.. The Structure of Proteins: Two Hydrogen-Bonded Helical Configurations of the Polypeptide Chain. PNAS. 1951, 37 (4): 205–211. PMID 14816373. 
  3. ↑ Crick, F. H. C.. Is α-Keratin a Coiled Coil?. Nature. 1952, 170 (4334): 882–883. doi:10.1038/170882b0. 
  4. ↑ Harbury, PB; Plecs JJ, Tidor B, Alber T and Kim PS.. High-Resolution Protein Design with Backbone Freedom. Science. 1998, 282: 1462–1467. doi:10.1126/science.282.5393.1462. PMID 9822371. 
  • Crick FHC. (1953) "The Packing of α-Helices: Simple Coiled-Coils", Acta Cryst., 6, 689-697.
  • Nishikawa K. and Scheraga HA. (1976) "Geometrical Criteria for Formation of Coiled-Coil Structures of Polypeptide Chains", Macromolecules, 9, 395-407.
  • Harbury PB, Zhang T, Kim PS and Alber T. (1993) "A Switch Between Two-, Three-, and Four-Stranded Coiled Coils in GCN4 Leucine Zipper Mutants", Science, 262, 1401-1407.
  • Gonzalez L, Plecs JJ and Alber T. (1996) "An engineered allosteric switch in leucine-zipper oligomerization", Nature Structural Biology, 3, 510-515.
  • Harbury PB, Plecs JJ, Tidor B, Alber T and Kim PS. (1998) "High-Resolution Protein Design with Backbone Freedom", Science, 282, 1462-1467.
  • Yu YB. (2002) "Coiled-coils: stability, specificity, and drug delivery potential", Adv. Drug Deliv. Rev., 54, 1113-1129.
  • Burkhard P, Ivaninskii S and Lustig A. (2002) "Improving Coiled-coil Stability by Optimizing Ionic Interactions", Journal of Molecular Biology, 318, 901-910.
  • Gillingham AK and Munro S. (2003) "Long coiled-coil proteins and membrane traffic.", Biochim. Biophys. Acta, 1641, 71-85.
  • Mason JM and Arndt KM, (2004) "Coiled coil domains: stability, specificity, and biological implications", Chembiochem, 5, 170-6.

外部鏈接

可用于預測蛋白質(zhì)序列中的卷曲螺旋的服務器網(wǎng)址：

總覽
氨基酸

傾向于產(chǎn)生螺旋結構的氨基酸：甲硫氨酸 · 丙氨酸 · 亮氨酸 · 谷氨酰胺 · 谷氨酸 · 賴氨酸

傾向于產(chǎn)生延展結構的氨基酸：蘇氨酸 · 異亮氨酸 · 纈氨酸 · 苯丙氨酸 · 酪氨酸 · 色氨酸

傾向于產(chǎn)生無序結構的氨基酸：甘氨酸 · 絲氨酸 · 脯氨酸 · 天冬酰胺 · 天冬氨酸

無產(chǎn)生任何結構傾向的氨基酸：半胱氨酸 · 組氨酸 · 精氨酸

參考來源

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