核酸全套課件

33.1733.13二、半胱氨酸-組氨酸鋅指1、鋅指結(jié)構(gòu)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞中同

DNA結(jié)合有關(guān)的結(jié)構(gòu)，在細(xì)菌中十分少見(jiàn)。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有β發(fā)夾和一個(gè)相鄰的α螺旋。以一對(duì)半胱氨酸和一對(duì)組氨酸在12個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)中和鋅離子配位。環(huán)狀結(jié)構(gòu)核心序列保守（C-X2-4-C-X2-4-F-X5-L-X2-H-X3-4-H),突出于蛋白表面，頂端堿性殘基同DNA分子大溝作用。3、多個(gè)鋅指同DNA結(jié)合，有的鋅指作為隔離物，不同DNA

直接接觸。鋅指（zincfinger）基序蛋白來(lái)源指結(jié)合的DNA靶功能TFⅢA哺乳動(dòng)物950bp5S基因5S基因轉(zhuǎn)錄因子SP1哺乳動(dòng)物310bpGCbox一般的轉(zhuǎn)錄因子ADR1酵母222bpADH2基因激活A(yù)DH基因Kruppel果蠅5?？胚的分節(jié)駝背基因產(chǎn)物果蠅4+2?？胚的分節(jié)帶有Cis/Hi鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子和DNA結(jié)合蛋白ADR1:釀酒酵母的轉(zhuǎn)錄激活蛋白，表達(dá)醇脫氫酶ADH2等所需的DNA結(jié)合蛋白典型的鋅指蛋白有一組鋅指，單個(gè)的鋅指的保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His,根據(jù)鋅結(jié)合位點(diǎn)的氨基酸又把鋅指分成為2Cys/2His和2cys/2cys兩類(lèi)，前者為Ⅰ型，后者為Ⅱ型鋅指，Ⅰ型結(jié)構(gòu)“指”的本身由23aa組成，“指”與“指”之間通常由7-8aa連接。

鋅指可形成

--helix插入大溝，與其相連接的

-sheet在另一側(cè)糖皮質(zhì)激素和雌激素受體都有兩個(gè)“指”，每個(gè)指在Cys四分體的中央帶有一個(gè)鋅原子。兩個(gè)指形成α-螺旋，彼此折疊成一個(gè)大的球狀功能域。α-螺旋與螺旋相連的β折疊一道形成一個(gè)疏水中心。N-端螺旋的一側(cè)和DNA的大溝接觸，兩個(gè)糖皮質(zhì)激素受體形成二聚體和DNA結(jié)合，每個(gè)受體負(fù)責(zé)和連續(xù)的大溝接觸。每個(gè)“指”控制著受體的重要特點(diǎn)。圖表明在第一個(gè)“指”的右側(cè)控制DNA的結(jié)合，在第二指的左側(cè)控制著形成二聚體的能力。ViewoftheLacrepressorDNAcomplex,asdeterminedbyX-raycrystallography.Heretherepressortetramerisshownbindingtotwooperators.Eachdimerbindstooneoperator.Theoperatorsare21basepairslonghereandareshownindarkandlightblue.Themonomersarecoloredgreen,pink,red,andyellow.Notehowtheamino-terminalheadpieceononemonomer(pink)crossestheothermonomer(green)tobindthefirstpartoftheoperator,whereasthesecondmonomerheadpiece(green)crossesovertobindthesecondpartoftheoperator.Thus,therecognitionhelixfromeachoftwosubunitsbindstotheconsecutivepartsofthesameoperator.

爪蟾TFШA鋅指結(jié)構(gòu)域經(jīng)典的鋅指結(jié)構(gòu)三、半胱氨酸鋅指1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含鋅的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域只用半胱氨酸配位鋅2、核受體家族的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)（1）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)為一個(gè)包含兩相互垂直α螺旋的球形結(jié)構(gòu)（2）以二聚體的形式結(jié)合DNA3、鋅雙核簇：酵母蛋白所特有，由6個(gè)半胱氨酸配位2個(gè)鋅原子，具有保守序列C-X2-C-X6-C-X6-C-X2-C-X6-C表Cys2/Cys2型的調(diào)節(jié)蛋白蛋白大小指靶糖皮質(zhì)激素受體94,0002GRE中20bp雌激素受體66,0002ERE中20bpGAL4(酵母)99,0001UAS中17bp腺病毒E1A～30,0001?

糖皮質(zhì)激素受體-DNA復(fù)合物GAL-4的鋅雙合簇的結(jié)構(gòu)（左：前視圖；中：測(cè)視圖右：俯視圖（拉鏈作為二聚化結(jié)構(gòu)）四、堿性結(jié)合結(jié)構(gòu)域（bZIP及bHLH)

亮氨酸拉鏈（Leucineziipper）和螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高度堿性的α螺旋作為同DNA的基本識(shí)別結(jié)構(gòu)，螺旋通常以二聚體的形式存在，二聚化結(jié)構(gòu)域一樣為DNA

結(jié)合所必需。2、結(jié)合機(jī)制：堿性結(jié)構(gòu)域在溶液中采用一種無(wú)序的部分螺旋結(jié)構(gòu)，當(dāng)同DNA結(jié)合時(shí)，這種結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化而誘導(dǎo)了典型α螺旋的形成。C-Jun和C-Fos蛋白的異二聚體的結(jié)合比它們同二聚體更為堅(jiān)固。Myc，C/EBP（結(jié)合CAATbox和SV40核心增強(qiáng)子的一種因子），AP1蛋白（異二聚體，結(jié)合于SV40的增強(qiáng)子）等都具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。

亮氨酸拉鏈（leucinezipper）結(jié)構(gòu)域通常被定義為一行4-7個(gè)周期重復(fù)的亮氨酸殘基，其距離大約跨越8個(gè)螺旋轉(zhuǎn)彎，通式為L(zhǎng)-x(6)-L-x(6)-L-x(6)-L，有時(shí)典型的亮氨酸殘基會(huì)被異亮氨酸或纈氨酸所代替。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)亮氨酸拉鏈由平行的卷曲螺旋型α螺旋（coiled-coilα-helix）構(gòu)成，它們通過(guò)亮氨酸側(cè)鏈的疏水作用互相纏繞。GCN4二聚體結(jié)構(gòu)小鼠Max蛋白螺旋一環(huán)一螺旋

（HLH，helix-loop-helix）有一條含有兩個(gè)親水的α-螺旋,鏈長(zhǎng)為40～50aa，兩個(gè)α-螺旋由很長(zhǎng)的連接區(qū)（環(huán)）相連，螺旋的一側(cè)有疏水氨基酸，兩條鏈依賴疏水氨基酸的相互作用形成同二聚體或異二聚體，此螺旋區(qū)長(zhǎng)約15～16aa，含有各種保守的殘基，連接環(huán)的長(zhǎng)度不等，一般為12-28aa。與DNA結(jié)合的是堿性區(qū)，長(zhǎng)為15aa，其中有6aa為堿性。在HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱為堿性HLH（bHLH，proteim）。bHLH又分為兩類(lèi)：A類(lèi)是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蠅da（daughterless,性別控制的總開(kāi)關(guān)基因）的產(chǎn)物；B類(lèi)是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的MyoD(肌漿蛋白（myogen）基因的轉(zhuǎn)錄因子)和果蠅的AC-S（achaete-scute無(wú)剛無(wú)基因的產(chǎn)物）這種bHLH可能是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，大部分以異二聚體形式存在。類(lèi)組蛋白結(jié)合模體五、1、核心組蛋白都有組蛋白折疊這樣一個(gè)保守的結(jié)構(gòu)，其包含兩個(gè)介導(dǎo)二聚化的螺旋-鏈-螺旋結(jié)構(gòu)2、許多轉(zhuǎn)錄因子于不同的核心組蛋白同源，如TAFs類(lèi)組蛋白結(jié)合模體

真核細(xì)胞的DNA分子可通過(guò)同組蛋白作用被包裝成核小體。在核小體的核心顆粒中包含有二個(gè)負(fù)超螺旋彎曲的DNA圍繞著一個(gè)組蛋白的八聚體。這個(gè)八聚體分別由同樣兩個(gè)核心組蛋白H2A,H2B及H3，H4組成。它們同DNA之間的相互作用涉及DNA中富含AT區(qū)域的小溝存在于組蛋白八聚體的表面并將其纏繞。一級(jí)序列揭示：各組蛋白之間僅有很低的同源性(<20%)，但是它們具有一個(gè)保守的結(jié)構(gòu)，即組蛋白折疊(histonefold)，它包含著由二個(gè)介導(dǎo)二聚化的融合的螺旋－鏈－螺旋的結(jié)構(gòu)，組蛋白的連接子(如H1，H5)也在染色體的高度有序化中起作用。六、其他DNA結(jié)合基序1、乳頭瘤病毒的E2蛋白包括4個(gè)β鏈和一個(gè)突出的α螺旋，二聚體形成β桶狀結(jié)構(gòu)2、通過(guò)β鏈識(shí)別（1）帶-螺旋-螺旋在MetJ,Are,Mnt中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)β折疊同DNA識(shí)別；（2）TATA結(jié)合蛋白以反平行的β鏈同DNA結(jié)合，β鏈結(jié)合

DNA的小溝。呈C字型包圍DNAE2蛋白帶-螺旋-螺旋模體TBP結(jié)構(gòu)（上為前視圖；下為俯視圖）3、TheRel家族Rel同源結(jié)構(gòu)域(RHB)包含由鉸鏈區(qū)連接的免疫球蛋白折疊。Rel蛋白有形成二聚化的傾向4、DNA加工酶中的結(jié)合模體催化合成和拓?fù)湫揎椀拿敢詼蠣罨颦h(huán)狀結(jié)構(gòu)圍繞DNA，限制性內(nèi)切酶傾向于使DNA發(fā)生劇烈扭曲17.3蛋白中RNA結(jié)合模體一、RNP結(jié)構(gòu)域1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩種保守模體構(gòu)成更大結(jié)構(gòu)的一部分，大的結(jié)構(gòu)由4個(gè)β鏈和兩個(gè)α螺旋以β-α-β-β-α-β的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成,RNP1和RNP2模體位于一個(gè)四條β折疊的中心β

鏈處2、代表：U1A剪接體蛋白二、其他RNA結(jié)合模體1、雙鏈RNA-結(jié)合結(jié)構(gòu)域：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類(lèi)似于RNP結(jié)構(gòu)域，但同

RNA的特異性結(jié)合僅發(fā)生于第二個(gè)α螺旋和β折疊形成的裂縫中2、K同源結(jié)構(gòu)域3、其他U1剪接體蛋白N-端RNP結(jié)構(gòu)域

17.4蛋白，核酸結(jié)合的分子基礎(chǔ)一、核酸與蛋白的直接作用1、核酸蛋白直接作用的途徑（1）蛋白側(cè)鏈同堿基作用——序列特異性相互作用的主要形式；（2）蛋白主鏈同堿基作用；（3）蛋白側(cè)鏈同磷酸骨架的作用；（4）蛋白主鏈同磷酸骨架的作用。2、存在于蛋白和核酸相互作用中的非共價(jià)相互作用：氫鍵、范德華力、疏水作用、靜電作用及靜電鏈、核酸自身的氫鍵、堿基堆積作用和蛋白氨基酸殘基之間的吸引和排斥二、水在核酸蛋白相互作用中的作用1、負(fù)責(zé)結(jié)合反應(yīng)的親和力和特異性2、流動(dòng)性增加了蛋白結(jié)合對(duì)接觸面突變的適應(yīng)性三、核酸結(jié)構(gòu)的蛋白調(diào)節(jié)1、蛋白通過(guò)熔解堿基對(duì)，減小或增大彎折或螺旋來(lái)改變

DNA的結(jié)構(gòu)。2、限制性內(nèi)切酶造成最劇烈的扭曲和扭結(jié)3、DNA的柔性在轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)形成中也有重要的作用四、二聚化和協(xié)同性1、二聚化的目的（1）通過(guò)增大結(jié)合蛋白的大小，增大接觸面和堿基識(shí)別的數(shù)量；（2）通過(guò)增大蛋白同DNA結(jié)合的接觸面，增加結(jié)合的穩(wěn)定性；（3）通過(guò)可循環(huán)的蛋白與蛋白作用，增加作用的親和力。2、二聚化的優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)形成異二聚體增加識(shí)別靶位點(diǎn)的范圍，同時(shí)在調(diào)控中可使用非活性單體增加蛋白作用的多樣性

3、二聚化對(duì)于bZIP和bHLH蛋白家族成員的作用（1）功能的多樣性可由選擇性的二聚化產(chǎn)生，如c-Fos和

c-Jun蛋白（2）調(diào)節(jié)的多樣性可由選擇性的二聚化產(chǎn)生，如MyoD1,

成肌素，Myf-5和MRF-4的活性調(diào)節(jié)

17.5序列特異性結(jié)合一、蛋白識(shí)別的DNA序列1、直接解讀：涉及大溝或小溝處蛋白和堿基之間的相互作用，蛋白直接識(shí)別堿基。2、非直接解讀：涉及蛋白和糖、磷酸骨架之間的相互作用，蛋白識(shí)別那些造成整個(gè)DNA特殊構(gòu)象的序列。二、DNA中的分子信號(hào):DNA堿基中由一種隱藏在鍵模式中的信號(hào)。在大溝處，成鍵基團(tuán)模式對(duì)于每個(gè)堿基對(duì)是唯一的，因而在大溝出可以進(jìn)行明確的序列解讀；而在小溝處，成鍵模式是簡(jiǎn)并的，僅存在A/T和G/C之間的區(qū)別三、解讀蛋白中的氨基酸1、結(jié)構(gòu)域交換：在不同的蛋白中進(jìn)行DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的交換2、部分結(jié)構(gòu)域交換：可鑒定出DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域中控制序列特異性的某些特定區(qū)域大溝側(cè)小溝側(cè)大溝側(cè)小溝側(cè)3、結(jié)構(gòu)分析：通過(guò)X射線和NMR對(duì)蛋白-DNA復(fù)合體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以在原子分辨水平上確定分子內(nèi)鍵的空間排列四、假定的鋅指蛋白DNA識(shí)別密碼1、一般而言，沒(méi)有一套普遍的密碼適用于所有序列特異性蛋白和DNA的相互作用2、對(duì)于一些Cys2His2鋅指蛋白而言，它們同DNA的作用特點(diǎn)簡(jiǎn)單，總是幾個(gè)同樣的氨基酸鏈同堿基作用，如Zif2683、Zif268中的保守序列：Pro1(Tyr/Phe)2XCys4XXCys7XXXPhe11XX13XX15X16Leu17XX19His20XXXHis24StructureofthefirstzincfingerofZif268.Residues13,15,16and19areimplicatedinDNArecognition,inthiscasethebasetripletGCG.Thezincionisinthelowerrightportionofthestructureandischelatedbytwocysteinesandtwohistidines.五、序列特異性的RNA識(shí)別1、RNA在細(xì)胞中作用的多樣化造成RNA-蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)的多樣化2、氨基酰-tRNA合成酶同底物作用的方式I類(lèi)tRNA合成酶與tRNA受體莖的小溝和反密碼子環(huán)結(jié)合II類(lèi)tRNA合成酶，在tRNA受體莖的大溝處和反密碼子環(huán)結(jié)合17.6研究蛋白核酸相互作用的技術(shù)一、同蛋白作用的核苷酸序列的描述二、同核苷酸作用的蛋白質(zhì)的純化方法1、硝酸纖維素層析：利用RNA可結(jié)合于硝酸纖維素上，早期用于分離RNA結(jié)合蛋白2、親和層析——高效分離DNA結(jié)合蛋白（1）寡核苷酸親和純化的基本要求

※確定最小的核酸結(jié)合序列

※隔開(kāi)介質(zhì)和識(shí)別序列的臂的長(zhǎng)度

※固相化介質(zhì)應(yīng)具有適宜的液體流動(dòng)性，從而允許蛋白或蛋白復(fù)合物接近核酸序列

技術(shù)

原理

用途凝膠阻滯分析DNA/RNA蛋白復(fù)合物比裸露的RNA或DNA的電泳遷移得慢鑒定和了解蛋白在DNA和RNA結(jié)合位點(diǎn)的特點(diǎn)DNA酶I足跡法結(jié)合有蛋白的DNA片段受到保護(hù)而不被降解鑒定被特殊蛋白占據(jù)的準(zhǔn)確的核苷酸位點(diǎn)修飾保護(hù)結(jié)合DNA或RNA的蛋白可以保護(hù)特殊的堿基不被化學(xué)修飾鑒定同蛋白作用的特殊堿基修飾干涉堿基被化學(xué)修飾后通常不會(huì)結(jié)合蛋白了解同蛋白結(jié)合的特殊堿基※※※※混合

DNA

蛋白DNA

蛋白G

DNAG蛋白

阻滯條帶※※足跡

凝膠阻滯分析DNA酶足跡法※※DNAaseI消化修飾mGmG※※※※GG※※mGG剪切剪切產(chǎn)物消失修飾保護(hù)修飾※GGGG有限的隨機(jī)修飾※※※※GmGGGGGmGGGGGmGmGGGG從膠上切出，剪切獨(dú)特的剪切產(chǎn)物修飾干涉（2）非特異性結(jié)合的基本解決方案

※利用一個(gè)非特異性寡聚核苷酸親和預(yù)裝柱，或用含有隨機(jī)的或雜亂無(wú)序的核酸序列親和柱

※在親和柱內(nèi)加入過(guò)量的非特異性寡核苷酸

※在已知與非特異性蛋白高親和結(jié)合部位側(cè)翼序列情況下，重新構(gòu)建一個(gè)親和柱，改變其高親和部位的側(cè)翼序列3、純化的蛋白測(cè)序、設(shè)計(jì)核苷酸探針或引物，篩cDNA

文庫(kù)分離對(duì)應(yīng)于DNA結(jié)合蛋白的克隆并表達(dá)三、鑒定必需的核酸蛋白1、RNA-蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定2、RNA-蛋白復(fù)合物功能的測(cè)定33.1733.13二、半胱氨酸-組氨酸鋅指1、鋅指結(jié)構(gòu)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞中同

DNA結(jié)合有關(guān)的結(jié)構(gòu)，在細(xì)菌中十分少見(jiàn)。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有β發(fā)夾和一個(gè)相鄰的α螺旋。以一對(duì)半胱氨酸和一對(duì)組氨酸在12個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)中和鋅離子配位。環(huán)狀結(jié)構(gòu)核心序列保守（C-X2-4-C-X2-4-F-X5-L-X2-H-X3-4-H),突出于蛋白表面，頂端堿性殘基同DNA分子大溝作用。3、多個(gè)鋅指同DNA結(jié)合，有的鋅指作為隔離物，不同DNA

直接接觸。鋅指（zincfinger）基序蛋白來(lái)源指結(jié)合的DNA靶功能TFⅢA哺乳動(dòng)物950bp5S基因5S基因轉(zhuǎn)錄因子SP1哺乳動(dòng)物310bpGCbox一般的轉(zhuǎn)錄因子ADR1酵母222bpADH2基因激活A(yù)DH基因Kruppel果蠅5?？胚的分節(jié)駝背基因產(chǎn)物果蠅4+2?？胚的分節(jié)帶有Cis/Hi鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子和DNA結(jié)合蛋白ADR1:釀酒酵母的轉(zhuǎn)錄激活蛋白，表達(dá)醇脫氫酶ADH2等所需的DNA結(jié)合蛋白典型的鋅指蛋白有一組鋅指，單個(gè)的鋅指的保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His,根據(jù)鋅結(jié)合位點(diǎn)的氨基酸又把鋅指分成為2Cys/2His和2cys/2cys兩類(lèi)，前者為Ⅰ型，后者為Ⅱ型鋅指，Ⅰ型結(jié)構(gòu)“指”的本身由23aa組成，“指”與“指”之間通常由7-8aa連接。

鋅指可形成

--helix插入大溝，與其相連接的

-sheet在另一側(cè)糖皮質(zhì)激素和雌激素受體都有兩個(gè)“指”，每個(gè)指在Cys四分體的中央帶有一個(gè)鋅原子。兩個(gè)指形成α-螺旋，彼此折疊成一個(gè)大的球狀功能域。α-螺旋與螺旋相連的β折疊一道形成一個(gè)疏水中心。N-端螺旋的一側(cè)和DNA的大溝接觸，兩個(gè)糖皮質(zhì)激素受體形成二聚體和DNA結(jié)合，每個(gè)受體負(fù)責(zé)和連續(xù)的大溝接觸。每個(gè)“指”控制著受體的重要特點(diǎn)。圖表明在第一個(gè)“指”的右側(cè)控制DNA的結(jié)合，在第二指的左側(cè)控制著形成二聚體的能力。鋅指結(jié)構(gòu)

大約有200多種調(diào)節(jié)蛋白含鋅指基序是最普遍的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)，鋅亦可穩(wěn)定其它DNA結(jié)合蛋白。鋅指蛋白為兩條反平行β-折疊和一個(gè)α-螺旋組成，

β-折疊的兩個(gè)Cys殘基于α-螺旋的兩個(gè)相近His殘基與Zn配位結(jié)合形成鋅指結(jié)構(gòu)。一些非保守的殘基決定每一區(qū)域的特異性。多數(shù)蛋白含多鋅指結(jié)構(gòu)域。

鋅指結(jié)合于DNA大溝，與5bp序列呈平行結(jié)合。

ViewoftheLacrepressorDNAcomplex,asdeterminedbyX-raycrystallography.Heretherepressortetramerisshownbindingtotwooperators.Eachdimerbindstooneoperator.Theoperatorsare21basepairslonghereandareshownindarkandlightblue.Themonomersarecoloredgreen,pink,red,andyellow.Notehowtheamino-terminalheadpieceononemonomer(pink)crossestheothermonomer(green)tobindthefirstpartoftheoperator,whereasthesecondmonomerheadpiece(green)crossesovertobindthesecondpartoftheoperator.Thus,therecognitionhelixfromeachoftwosubunitsbindstotheconsecutivepartsofthesameoperator.

爪蟾TFШA鋅指結(jié)構(gòu)域經(jīng)典的鋅指結(jié)構(gòu)三、半胱氨酸鋅指1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含鋅的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域只用半胱氨酸配位鋅2、核受體家族的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)（1）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)為一個(gè)包含兩相互垂直α螺旋的球形結(jié)構(gòu)（2）以二聚體的形式結(jié)合DNA3、鋅雙核簇：酵母蛋白所特有，由6個(gè)半胱氨酸配位2個(gè)鋅原子，具有保守序列C-X2-C-X6-C-X6-C-X2-C-X6-C表Cys2/Cys2型的調(diào)節(jié)蛋白蛋白大小指靶糖皮質(zhì)激素受體94,0002GRE中20bp雌激素受體66,0002ERE中20bpGAL4(酵母)99,0001UAS中17bp腺病毒E1A～30,0001?

糖皮質(zhì)激素受體-DNA復(fù)合物GAL-4的鋅雙合簇的結(jié)構(gòu)（左：前視圖；中：測(cè)視圖右：俯視圖（拉鏈作為二聚化結(jié)構(gòu)）HAP1proteinHAP1蛋白釀酒酵母的轉(zhuǎn)錄激活蛋白，對(duì)氧起應(yīng)答反應(yīng)。氧信號(hào)可激活HAP1與細(xì)胞色素c1的基因上游激活序列（UAS）相結(jié)合的能力，調(diào)節(jié)細(xì)胞色素c1基因的表達(dá)。在編碼細(xì)胞色素c1的基因（CYC1）的引物調(diào)節(jié)區(qū)有HAP1的結(jié)合區(qū)。LAC9protein：乳酸克魯維酵母（Kluyveromyceslactis）的調(diào)節(jié)蛋白，激活乳糖的代謝。功能與釀酒酵母的GAL-4蛋白類(lèi)似，但序列差別大。調(diào)節(jié)乳糖和半乳糖調(diào)節(jié)子的活性。StructureofthefirstzincfingerofZif268.Residues13,15,16and19areimplicatedinDNArecognition,inthiscasethebasetripletGCG.Thezincionisinthelowerrightportionofthestructureandischelatedbytwocysteinesandtwohistidines.鋅指樣（zincfinger-like）

的DNA模體序列分析發(fā)現(xiàn)dsx和mab-3的產(chǎn)物都具有鋅指樣（zincfinger-like）模體（包含保守的半胱氨酸和組氨酸殘基鰲合鋅，但與通常的鋅結(jié)合模體的序列不同），稱為DM域。并且兩個(gè)基因產(chǎn)物有幾個(gè)相關(guān)的調(diào)節(jié)功能：都直接調(diào)節(jié)卵黃蛋白基因（yolkproteingene）的轉(zhuǎn)錄；都是雄性專(zhuān)一器官分化所必需；都介導(dǎo)雄性交配行為（matingbehavior）；

1998年Raymond等人發(fā)現(xiàn)從線蟲(chóng)中分離的mab-3基因編碼的蛋白與果蠅的性別決定基因dsx基因編碼的蛋白具有相似的DNA結(jié)合模體（DNA-bindingmotif），并且，用dsx基因重建了線蟲(chóng)mab-3(‘maleabnormal3’),缺失突變體的性別分化，這個(gè)模體稱為DM功能域（DMdomain）。同時(shí)，他們鑒定出了人類(lèi)9號(hào)染色體短臂末端同樣有一個(gè)基因編碼的蛋白具有相似的結(jié)構(gòu)域，他們稱其為DMT1，后稱DMRT1（DrosophilaDoublesexandC.elegans

Mab-3RelatedTranscriptionfactor）。脊椎動(dòng)物同樣有包含DM功能域的基因。通過(guò)熒光原位分子雜交（FISH）技術(shù)將人類(lèi)DMRT1基因定位在9號(hào)染色體短臂末端9p24.3。人類(lèi)九號(hào)染色體短臂末端片段（9p21-9p24）的刪除將會(huì)導(dǎo)致高頻率的不可逆的46XY個(gè)體性翻轉(zhuǎn)為女性表型，稱為9p缺失癥（9pdeletionsyndrome）。

四、堿性結(jié)合結(jié)構(gòu)域（bZIP及bHLH)

亮氨酸拉鏈（Leucineziipper）和螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）

1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高度堿性的α螺旋作為同DNA的基本識(shí)別結(jié)構(gòu)，螺旋通常以二聚體的形式存在，二聚化結(jié)構(gòu)域一樣為DNA結(jié)合所必需。

2、結(jié)合機(jī)制：堿性結(jié)構(gòu)域在溶液中采用一種無(wú)序的部分螺旋結(jié)構(gòu)，與DNA結(jié)合時(shí)，這種結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化而誘導(dǎo)了典型α螺旋的形成。亮氨酸拉鏈（Leucineziipper）和螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）亮氨酸拉鏈（leucinezipper）結(jié)構(gòu)域是一種富含亮氨酸的α螺旋鏈形成的二聚體模體。一個(gè)親水的α-螺旋在其表面的一側(cè)有疏水基團(tuán)（包括亮氨酸），在肽鏈上相隔7個(gè)氨基酸就出現(xiàn)一個(gè)Leu（通常四或五個(gè)亮氨酸），這樣使Leu在α-螺旋中排列成一條直線。有時(shí)典型的亮氨酸殘基會(huì)被異亮氨酸或纈氨酸所代替。端部的兩個(gè)α螺旋含有很多的Lys和Arg。由leucinezipper將其插入DNA的兩個(gè)大溝內(nèi)。含leucinezipper調(diào)節(jié)蛋白在正常細(xì)胞中行使重要功能，其也在一些非調(diào)節(jié)蛋白中存在。Leucinezipper可將含helix-turn-helix和zincfinger的調(diào)節(jié)蛋白連接在一起。很多原癌基因，例如c-jun

和c-fos都編碼亮氨酸拉鏈蛋白，它們本身相互作用，形成同二聚體或異二聚體。GCN4二聚體結(jié)構(gòu)小鼠Max蛋白basichelix-loop-helixleucniezipper蛋白，稱為Max，能特異地同myc蛋白結(jié)合，成為myc－Max復(fù)合體，結(jié)合于DNA的CACGTG區(qū)。螺旋一環(huán)一螺旋

（HLH，helix-loop-helix）有一條含有兩個(gè)親水的α-螺旋,鏈長(zhǎng)為40～50aa，兩個(gè)α-螺旋由很長(zhǎng)的連接區(qū)（環(huán)）相連，螺旋的一側(cè)有疏水氨基酸，兩條鏈依賴疏水氨基酸的相互作用形成同二聚體或異二聚體，此螺旋區(qū)長(zhǎng)約15～16aa，含有各種保守的殘基，連接環(huán)的長(zhǎng)度不等，一般為12-28aa。與DNA結(jié)合的是堿性區(qū)，長(zhǎng)為15aa，其中有6aa為堿性。在HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱為堿性HLH（bHLH，proteim）。bHLH又分為兩類(lèi)：A類(lèi)是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蠅da（daughterless,性別控制的總開(kāi)關(guān)基因）的產(chǎn)物；B類(lèi)是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的MyoD(肌漿蛋白myogen）基因的轉(zhuǎn)錄因子)和果蠅的AC-S（achaete-scute無(wú)剛無(wú)基因的產(chǎn)物）這種bHLH可能是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，大部分以異二聚體形式存在。1、核心組蛋白H2A,H2B,H3,H4都有組蛋白折疊（histonefoldmotif,HFM）這樣一個(gè)保守的結(jié)構(gòu)，其包含兩個(gè)介導(dǎo)二聚化的螺旋-鏈-螺旋結(jié)構(gòu)。2、NF-YB、C亞基含有65個(gè)氨基酸的HFM；3、TAFs（TFIID

）也含有HFM；類(lèi)組蛋白結(jié)合模體核因子Y(nuclearfactorY,NF-Y)也稱作

CBF(CCAATboxbindingfactor),CPI,是結(jié)合

CCAAT盒的轉(zhuǎn)錄因子。它能識(shí)別真核基因啟

動(dòng)子區(qū)域的5’-CTGATFGGYYRR-3’或5’-YYR-RCCAATCAG-3’共有序列。有功能的NF-Y是一個(gè)異源三聚體蛋白,它包含三個(gè)不同的亞單位A,B,C。細(xì)胞衰老是由細(xì)胞分裂的次數(shù)決定的。NF-Y正是通過(guò)與G1/S期基因啟動(dòng)子區(qū)域的多聚CCAA,盒或E2F位點(diǎn)結(jié)合而對(duì)基因進(jìn)行調(diào)控,從而在細(xì)胞的衰老中發(fā)揮作用。

E2F轉(zhuǎn)錄因子最初作為腺病毒E2啟動(dòng)子的活化劑被發(fā)現(xiàn)，目前已發(fā)現(xiàn)5個(gè)不同的E2F家族成員，從E2F-1到E2F-5。它們通過(guò)調(diào)節(jié)控制細(xì)胞DNA合成及與細(xì)胞增殖有關(guān)的基因表達(dá)而調(diào)控細(xì)胞周期。在細(xì)胞周期中Rb磷酸化受到調(diào)控

G0/G1去磷酸化，G1末至G2末被細(xì)胞周期蛋白CDK復(fù)合物磷酸化。非磷酸化的Rb可結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子E2F及許多腫瘤抗原。

腫瘤抗原(SV40T,AdE1A)和Rb結(jié)合Rb(retinoblastoma)Rb(retinoblastoma)

視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤

轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄復(fù)合體

TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄起始HIT模體（HITmotif）

HumanFhit(Ap3Ahydrolase)withtwoAp3A(二腺嘌呤三磷酸)analog

molecules

組氨酸三聯(lián)體結(jié)構(gòu)（Histriad）Fhit(fragile

Histriad)(脆性組氨酸三聯(lián)體)脆性組氨酸三聯(lián)體（FHIT）基因是1996年由Ohta等克隆的一個(gè)位于3p14.2區(qū)域的候選抑癌基因（1）和腫瘤有關(guān)：脆性組氨酸三聯(lián)體基因異常轉(zhuǎn)錄與肝癌關(guān)系橫紋肌肉瘤脆性組氨酸三聯(lián)體蛋白的表達(dá)子宮頸上皮內(nèi)瘤變組織脆性組氨酸三聯(lián)體基因表達(dá)組氨酸三聯(lián)體基因(FHIT)的缺失在食管癌發(fā)生、發(fā)展中的作用肝內(nèi)膽管癌可能與FHIT基因突變有關(guān)（2）和鳥(niǎo)類(lèi)的性別決定有關(guān)HIT酶是鳥(niǎo)類(lèi)向雌性分化的抑制物雄性（ZZ）胚胎中沒(méi)有ASW/WPKCI，只有ZPKCI，其編碼的蛋白形成同二聚體，具有HIT酶活性，從而抑制了胚胎向雌性分化；相反，雌性胚胎中ASW/WPKCI蛋白與Z上的同源基因ZPKCI編碼的蛋白形成異二聚體，ASW/WPKCI蛋白干擾了ZPKCI蛋白的活性從而抑制了HIT酶的活性，在雌性中ASW/WPKCI的表達(dá)量遠(yuǎn)高于ZPKCI，因此在雌性胚胎中幾乎沒(méi)有HIT酶的活性，從而開(kāi)啟了向雌性分化的通路。ASW（Acain,Sex-specific,W-linked）

WPKCI（PKCinhibitor）1、乳頭瘤病毒的E2蛋白六、其他DNA結(jié)合模體包括4個(gè)β鏈和一個(gè)突出的α螺旋，二聚體形成β桶狀結(jié)構(gòu)2、通過(guò)β鏈識(shí)別（1）帶-螺旋-螺旋在三種細(xì)菌阻遏物MetJ,Arc,Mnt中發(fā)現(xiàn)通過(guò)β折疊同DNA識(shí)別；

TBP結(jié)構(gòu)（上為前視圖；下為俯視圖）（2）TBP（TATA結(jié)合蛋白）以反向平行的β鏈同DNA結(jié)合，β鏈結(jié)合DNA的小溝。呈C字型包圍DNA

3、TheRel家族Rel同源結(jié)構(gòu)域(relhomologydomain,RHD)它全長(zhǎng)包括大約300個(gè)氨基酸殘基，包含著由一個(gè)鉸鏈區(qū)連接二個(gè)免疫球蛋白折疊構(gòu)成。其中的一個(gè)折疊負(fù)責(zé)二聚化，另一個(gè)是同序列特異DNA相互作用。

Rel蛋白可以形成同二聚體和不同的異二聚體，都具有二聚化的傾向。

NF-κB是屬于Rel家族的轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)節(jié)與機(jī)體免疫、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞分化有關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有五種NF-κB/Rel：RelA(P65)，RelB，C-Rel，NF-κB1(P50)、NF-κB2(P52)，都具有Rel同源區(qū)(Relhomologydomain，RHD)，能形成同或異二聚體，啟動(dòng)不同的基因轉(zhuǎn)錄。蛋白中RNA結(jié)合模體一、RNP結(jié)構(gòu)域1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩種保守模體構(gòu)成更大結(jié)構(gòu)的一部分，大的結(jié)構(gòu)由4個(gè)β鏈和兩個(gè)α螺旋以β-α-β-β-α-β的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成,RNP1和RNP2模體位于一個(gè)四條β折疊的中心β鏈處U1剪接體蛋白N-端RNP結(jié)構(gòu)域二、其他RNA結(jié)合模體1、雙鏈RNA-結(jié)合結(jié)構(gòu)域：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類(lèi)似于RNP結(jié)構(gòu)域，但同RNA的特異性結(jié)合僅發(fā)生于第二個(gè)α螺旋和β折疊形成的裂縫中2、K同源結(jié)構(gòu)域在核不均一RNA結(jié)合蛋白hnRNPK（HeterogeneousnuclearribonucleoproteinK）中發(fā)現(xiàn)，這個(gè)蛋白含有三個(gè)這種結(jié)構(gòu)域。在幾種其它的RNA結(jié)合蛋白，其中包括脆性-X基因－FMR1的產(chǎn)物中也發(fā)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)。同dsRBD一樣，K同源結(jié)構(gòu)域以三個(gè)鏈組成

-折疊中心，但是它們還有三個(gè)α螺旋(組成為

-

-

-

-

-

)，RNA和頭兩個(gè)

螺旋連接區(qū)的殘基之間產(chǎn)生特異性相互作用。蛋白，核酸結(jié)合的分子基礎(chǔ)一、核酸與蛋白的直接作用1、核酸蛋白直接作用的途徑（1）蛋白側(cè)鏈同堿基作用——序列特異性相互作用的主要形式；（2）蛋白主鏈同堿基作用；（3）蛋白側(cè)鏈同磷酸骨架的作用；（4）蛋白主鏈同磷酸骨架的作用。2、存在于蛋白和核酸相互作用中的非共價(jià)相互作用：氫鍵、范德華力、疏水作用、靜電作用及靜電鏈、核酸自身的氫鍵、堿基堆積作用和蛋白氨基酸殘基之間的吸引和排斥二、水在核酸蛋白相互作用中的作用1、負(fù)責(zé)結(jié)合反應(yīng)的親和力和特異性2、流動(dòng)性增加了蛋白結(jié)合對(duì)接觸面突變的適應(yīng)性三、核酸結(jié)構(gòu)的蛋白調(diào)節(jié)1、蛋白通過(guò)熔解堿基對(duì)，減小或增大彎曲或螺旋來(lái)改變DNA的結(jié)構(gòu)。2、限制性內(nèi)切酶造成最劇烈的扭曲和扭結(jié)3、DNA的柔性在轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)形成中也有重要的作用

四、二聚化和協(xié)同性1、二聚化的目的（1）通過(guò)增大結(jié)合蛋白的大小，增大接觸面和堿基識(shí)別的數(shù)量；（2）通過(guò)增大蛋白同DNA結(jié)合的接觸面，增加結(jié)合的穩(wěn)定性；（3）通過(guò)可循環(huán)的蛋白與蛋白作用，增加作用的親和力。2、二聚化的優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)形成異二聚體增加識(shí)別靶位點(diǎn)的范圍，同時(shí)在調(diào)控中可使用非活性單體增加蛋白作用的多樣性3、二聚化對(duì)于bZIP和bHLH蛋白家族成員的作用（1）功能的多樣性可由選擇性的二聚化產(chǎn)生，如c-Fos和c-Jun蛋白（2）調(diào)節(jié)的多樣性可由選擇性的二聚化產(chǎn)生，如MyoD1,成肌素，Myf-5和MRF-4的活性調(diào)節(jié)

17.5序列特異性結(jié)合一、蛋白識(shí)別的DNA序列1、直接解讀：涉及大溝或小溝處蛋白和堿基之間的相互作用，蛋白直接識(shí)別堿基。2、非直接解讀：涉及蛋白和糖、磷酸骨架之間的相互作用，蛋白識(shí)別那些造成整個(gè)DNA特殊構(gòu)象的序列。二、DNA中的分子信號(hào):DNA堿基中由一種隱藏在鍵模式中的信號(hào)。在大溝處，成鍵基團(tuán)模式對(duì)于每個(gè)堿基對(duì)是唯一的，因而在大溝出可以進(jìn)行明確的序列解讀；而在小溝處，成鍵模式是簡(jiǎn)并的，僅存在A/T和G/C之間的區(qū)別三、解讀蛋白中的氨基酸1、結(jié)構(gòu)域交換：在不同的蛋白中進(jìn)行DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的交換2、部分結(jié)構(gòu)域交換：可鑒定出DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域中控制序列特異性的某些特定區(qū)域大溝側(cè)小溝側(cè)大溝側(cè)小溝側(cè)3、結(jié)構(gòu)分析：通過(guò)X射線和NMR對(duì)蛋白-DNA復(fù)合體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以在原子分辨水平上確定分子內(nèi)鍵的空間排列四、假定的鋅指蛋白DNA識(shí)別密碼1、一般而言，沒(méi)有一套普遍的密碼適用于所有序列特異性蛋白和DNA的相互作用2、對(duì)于一些Cys2His2鋅指蛋白而言，它們同DNA的作用特點(diǎn)簡(jiǎn)單，總是幾個(gè)同樣的氨基酸鏈同堿基作用，如Zif2683、Zif268中的保守序列：Pro1(Tyr/Phe)2XCys4XXCys7XXXPhe11XX13XX15X16Leu17XX19His20XXXHis24五、序列特異性的RNA識(shí)別1、RNA在細(xì)胞中作用的多樣化造成RNA-蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)的多樣化2、氨基酰-tRNA合成酶同底物作用的方式I類(lèi)tRNA合成酶與tRNA受體莖的小溝和反密碼子環(huán)結(jié)合II類(lèi)tRNA合成酶，在tRNA受體莖的大溝處和反密碼子環(huán)結(jié)合17.6研究蛋白核酸相互作用的技術(shù)一、同蛋白作用的核苷酸序列的描述二、同核苷酸作用的蛋白質(zhì)的純化方法1、硝酸纖維素層析：利用RNA可結(jié)合于硝酸纖維素上，早期用于分離RNA結(jié)合蛋白2、親和層析——高效分離DNA結(jié)合蛋白（1）寡核苷酸親和純化的基本要求

※確定最小的核酸結(jié)合序列

※隔開(kāi)介質(zhì)和識(shí)別序列的臂的長(zhǎng)度

※固相化介質(zhì)應(yīng)具有適宜的液體流動(dòng)性，從而允許蛋白或蛋白復(fù)合物接近核酸序列

技術(shù)

原理

用途凝膠阻滯分析DNA/RNA蛋白復(fù)合物比裸露的RNA或DNA的電泳遷移得慢鑒定和了解蛋白在DNA和RNA結(jié)合位點(diǎn)的特點(diǎn)DNA酶I足跡法結(jié)合有蛋白的DNA片段受到保護(hù)而不被降解鑒定被特殊蛋白占據(jù)的準(zhǔn)確的核苷酸位點(diǎn)修飾保護(hù)結(jié)合DNA或RNA的蛋白可以保護(hù)特殊的堿基不被化學(xué)修飾鑒定同蛋白作用的特殊堿基修飾干涉堿基被化學(xué)修飾后通常不會(huì)結(jié)合蛋白了解同蛋白結(jié)合的特殊堿基混合

DNA

蛋白DNA

蛋白G

DNAG蛋白

阻滯條帶足跡

凝膠阻滯分析DNA酶足跡法DNAaseI消化修飾mGmGGGmGG哌叮剪切剪切產(chǎn)物消失DMS保護(hù)修飾GGGG有限的隨機(jī)修飾GmGGGGGmGGGGGmGmGGGG從膠上切出獨(dú)特的剪切產(chǎn)物修飾干涉修飾的片段出現(xiàn)在非阻滯的帶剪切不切（2）非特異性結(jié)合的基本解決方案

※利用一個(gè)非特異性寡聚核苷酸親和預(yù)裝柱，或用含有隨機(jī)的或雜亂無(wú)序的核酸序列親和柱

※在親和柱內(nèi)加入過(guò)量的非特異性寡核苷酸

※在已知與非特異性蛋白高親和結(jié)合部位側(cè)翼序列情況下，重新構(gòu)建一個(gè)親和柱，改變其高親和部位的側(cè)翼序列3、純化的蛋白測(cè)序、設(shè)計(jì)核苷酸探針或引物，篩cDNA

文庫(kù)分離對(duì)應(yīng)于DNA結(jié)合蛋白的克隆并表達(dá)三、鑒定必需的核酸蛋白1、RNA-蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定2、RNA-蛋白復(fù)合物功能的測(cè)定信號(hào)傳導(dǎo)信號(hào)與物質(zhì)、能量一樣都是生命的基本要素。通訊能力是細(xì)胞具有的特性之一，細(xì)胞通訊可以通過(guò)信息的傳遞和接受著之間信號(hào)的交換而發(fā)生。單細(xì)胞生物在受到各種物理信號(hào)作用時(shí)需要作出相應(yīng)的反應(yīng)以利生存;多細(xì)胞生物的存活更有賴于細(xì)胞間的信號(hào)的交流和協(xié)調(diào)。內(nèi)容提要4、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的意義和應(yīng)用3、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的交叉與串話2、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路1、信號(hào)與受體（1）信號(hào)接受與跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)（2）信號(hào)放大與胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)（3）信號(hào)交付信號(hào)與受體使細(xì)胞通過(guò)重新組織他們的結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)蛋白的活性和改變基因的表達(dá)模式來(lái)對(duì)環(huán)境作出反應(yīng)的刺激。細(xì)胞中接受信號(hào)的分子。信號(hào)：受體：按化學(xué)性質(zhì)分：（1）多肽和蛋白質(zhì)激素（2）多肽生長(zhǎng)因子（3）甾體激素（4）神經(jīng)遞質(zhì)（5）小分子化合物1、物理信號(hào)：如光、熱等2、化學(xué)信號(hào)總體可分為兩類(lèi)：一、信號(hào)信號(hào)分子的例子1.激素：腎上腺素酪氨酸衍生物皮質(zhì)醇類(lèi)固醇雌二酮類(lèi)固醇胰高血糖素肽睪酮類(lèi)固醇甲狀腺素酪氨酸衍生物

2.局部介質(zhì)：表皮生長(zhǎng)因子（EGF）蛋白質(zhì)血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）蛋白質(zhì)神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)蛋白質(zhì)組胺組氨酸衍生物一氧化氮（NO）可溶性氣體3.神經(jīng)遞質(zhì)：乙酰膽堿膽堿的衍生物γ-氨基丁酸谷氨酸衍生物4.信號(hào)分子接觸依賴的Δ

跨膜蛋白（一）按作用的距離分：（1）旁分泌信號(hào)(paracrine)（2）內(nèi)分泌信號(hào)(autocrine)（3）近分泌信號(hào)(endocrine)按溶解性分:(1)親脂性(2)親水性內(nèi)分泌產(chǎn)生的激素分泌到血流，能廣泛分布到生物體全身旁分泌信號(hào)由細(xì)胞釋放至它們附近的細(xì)胞介質(zhì)中并起局部作用旁分泌發(fā)信號(hào)的細(xì)胞局部介質(zhì)靶細(xì)胞神經(jīng)元信號(hào)沿軸突傳至遠(yuǎn)距離的靶細(xì)胞神經(jīng)元的突觸軸突神經(jīng)遞質(zhì)細(xì)胞體靶細(xì)胞神經(jīng)元接觸依賴的信號(hào)傳遞需要細(xì)胞相互間膜與膜的直接接觸。許多相同類(lèi)型的信號(hào)分子用于內(nèi)分泌、旁分泌和神經(jīng)元的信號(hào)傳遞。其重要的差別在于向靶細(xì)胞傳送信號(hào)時(shí)所用的速度和選擇性

依賴接觸的靶細(xì)胞發(fā)信號(hào)的細(xì)胞與膜結(jié)合的信號(hào)分子（二）按照信號(hào)引起的細(xì)胞生物效應(yīng)分

1調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖的信號(hào)：

2促進(jìn)細(xì)胞分化的信號(hào)：

3促進(jìn)細(xì)胞凋亡的信號(hào)：

4調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝和功能的信號(hào)：

5誘發(fā)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的信號(hào)：許多細(xì)胞需要多重信號(hào)（綠色箭頭）以求存活；另外的信號(hào)（紅色箭頭）為細(xì)胞分裂所需；還有一些其他信號(hào)（黑色箭頭），是分化所需的；如去處適當(dāng)?shù)男盘?hào)，大部分細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致凋亡。相同的信號(hào)分子能誘導(dǎo)

不同靶細(xì)胞的不同反應(yīng)不同細(xì)胞類(lèi)型特化成以不同方式

對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿起反應(yīng)。在（A），(B)中信號(hào)分子結(jié)合類(lèi)似的受體蛋白，但在功能各異不同的特化細(xì)胞中激起不同的反應(yīng)。在圖中，細(xì)胞對(duì)同一信號(hào)產(chǎn)生不同類(lèi)型的受體蛋白。而不同類(lèi)型的受體會(huì)產(chǎn)生完全不同的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，因此不同類(lèi)型的肌細(xì)胞對(duì)乙酰膽堿有不同的反應(yīng)。二、受體1、核受體2、膜受體（1）離子通道偶聯(lián)受體(channellinkedreceptor)

（2）G蛋白偶聯(lián)受體(G-proteinlinkedreceptor)（3）酶聯(lián)受體(enzymelinkedreceptor)

（4）其它非酶聯(lián)受體大致分二類(lèi)：1、核受體：脂溶性信息分子與核受體結(jié)合啟動(dòng)靶基因轉(zhuǎn)錄的過(guò)程。（分布于胞漿或核內(nèi)的受體，本質(zhì)上都是配體調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子，均在核內(nèi)啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并影響基因轉(zhuǎn)錄，故稱為核受體）。

細(xì)胞內(nèi)受體小的疏水信號(hào)分子細(xì)胞內(nèi)受體類(lèi)固醇激素皮質(zhì)醇通過(guò)激活一個(gè)基因調(diào)控蛋白而起作用一氧化氮（NO）對(duì)血管平滑肌的松弛作用血管壁神經(jīng)末梢釋放的乙酰膽堿激活了血管壁襯里的內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生和釋放NO。NO從內(nèi)皮細(xì)胞擴(kuò)散出來(lái)，進(jìn)入鄰近的平滑肌細(xì)胞，引起肌細(xì)胞松弛。2、膜受體

:膜外配基結(jié)合區(qū),跨膜區(qū),胞內(nèi)區(qū)膜受體的種類(lèi):（1）

離子通道偶聯(lián)受體

（2）

G蛋白偶聯(lián)型受體

（3）

酶聯(lián)受體：

受體酪氨酸蛋白激酶（RTK）非受體型酪氨酸蛋白激酶（PTK）連接的受體絲/蘇氨酸蛋白激酶（PSTK）型受體鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶受體

細(xì)胞表面受體細(xì)胞表面受體親水信號(hào)分子質(zhì)膜（1）、離子通道離子孔道可以分成

電壓活化型

(voltage-activated)孔道、配體活化型

(ligand-activated)孔道

及第二信使門(mén)控通道。電壓活化型孔道的開(kāi)啟受離子孔道所處的細(xì)胞膜電位調(diào)控。Vm=Vi-VoVmVm代表膜電位(membranevoltage)Vi和

Vo

分別是膜內(nèi)和膜外的電位。細(xì)胞處?kù)鹅o止?fàn)顟B(tài)(restingstate)時(shí)，Vm是負(fù)值，大約在-50mV至-80mV之間。電壓活化型鈣離子孔道在這個(gè)范圍內(nèi)開(kāi)啟的機(jī)率很小。Vm越大時(shí)(即膜內(nèi)的電位越高)，它的開(kāi)啟機(jī)率越大。

當(dāng)肌肉細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞被活化時(shí)，膜電位會(huì)高到+50mV左右，此時(shí)這類(lèi)鈣離子孔道開(kāi)啟的機(jī)率接近100%。於是鈣離子泳入細(xì)胞內(nèi)，引起肌肉的收縮，神經(jīng)突觸的傳導(dǎo)等等。另外，其他離子進(jìn)出細(xì)胞膜亦會(huì)影響膜電位。譬如帶正電的K+

由膜內(nèi)流向膜外，會(huì)使膜電位降低；Na+

由膜外進(jìn)入膜內(nèi)會(huì)使膜電位升高。

配體活化型孔道的開(kāi)啟機(jī)率受配體調(diào)控。譬如IP3敏感型孔道無(wú)IP3作用時(shí)處?kù)蛾P(guān)閉狀態(tài)。IP3從膜外與它結(jié)合后就可打開(kāi)，讓Ca2+

從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)流入細(xì)胞溶質(zhì)。Ca2+與IP3在膜外聯(lián)合更能增加IP3敏感型孔道的開(kāi)啟機(jī)率。因此，這孔道一但被IP3開(kāi)啟，流入細(xì)胞質(zhì)的Ca2+即迅速增加，直到IP3被特定的磷酸酶去磷酸化而失活。另一方面，位於細(xì)胞膜的Ca2+-ATPase(Ca2+pump)亦會(huì)將細(xì)胞質(zhì)的Ca2+輸送至細(xì)胞外，維持靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的濃度。

膜電位如何調(diào)控離子孔道的開(kāi)啟機(jī)率？為何配體與離子孔道結(jié)合即能開(kāi)啟孔道？目前研究人員對(duì)離子孔道的啟閉機(jī)制(gatingmechanism)所知甚少。不過(guò)，對(duì)離子孔道的選擇性(selectivity)已有相當(dāng)了解。

2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)彼得·阿格雷（PeterAgre）彼得·阿格雷1949年出生，畢業(yè)于明尼阿波利斯奧格斯堡學(xué)院，1974年在約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。自1993年起，他一直擔(dān)任約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教授和醫(yī)學(xué)教授。

２０世紀(jì)８０年代中期，彼得·阿格雷研究了不同的細(xì)胞膜蛋白，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，他發(fā)現(xiàn)一種被稱為水通道蛋白的細(xì)胞膜蛋白就是人們尋找已久的水通道。為了驗(yàn)證自己的發(fā)現(xiàn)，阿格雷把含有水通道蛋白的細(xì)胞和去除了這種蛋白的細(xì)胞進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果前者能夠吸水，后者不能。為進(jìn)一步驗(yàn)證，他又制造了兩種人造細(xì)胞膜，一種含有水通道蛋白，一種則不含這種蛋白。他將這兩種人造細(xì)胞膜分別做成泡狀物，然后放在水中，結(jié)果第一種泡狀物吸收了很多水而膨脹，第二種則沒(méi)有變化。這些充分說(shuō)明水通道蛋白具有吸收水分子的功能，就是水通道。現(xiàn)年47歲的羅德里克·麥金農(nóng)(RoderickMacKinnon)1978年他在波士頓布蘭代斯大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，1982年在波士頓塔夫茨大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。自1996年起，他一直擔(dān)任紐約洛克菲勒大學(xué)分子神經(jīng)生物學(xué)教授。

１９８８年，羅德里克·麥金農(nóng)利用Ｘ射線晶體成像技術(shù)獲得了世界第一張離子通道的高清晰度照片，并第一次從原子層次揭示了離子通道的工作原理。這張照片上的離子通道取自青鏈霉菌，也是一種蛋白。麥金農(nóng)的方法是革命性的，它可以讓科學(xué)家觀測(cè)離子在進(jìn)入離子通道前的狀態(tài)，在通道中的狀態(tài)，以及穿過(guò)通道后的狀態(tài)。對(duì)水通道和離子通道的研究意義重大。鉀通道模型藍(lán)色：正電荷白色：中性紅色：副電荷黃色：疏水性離子通道偶聯(lián)受體(channellinkedreceptor)受體和它的配體結(jié)合，并對(duì)此作出反應(yīng)離子通道偶聯(lián)受體質(zhì)膜離子信號(hào)分子膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分為兩類(lèi)：載體蛋白和通道蛋白載體蛋白進(jìn)行一系列構(gòu)象變化轉(zhuǎn)運(yùn)小的水溶性的有機(jī)分子和無(wú)機(jī)離子。通道蛋白不同，它在膜中形成極小的親水孔，使特殊的無(wú)機(jī)離子經(jīng)過(guò)親水孔擴(kuò)散。通道蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)速率要比載體蛋白快得多。離子通道既能以開(kāi)放又能以關(guān)閉得構(gòu)象存在，但只有在開(kāi)放構(gòu)象時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)。它們的開(kāi)放和關(guān)閉通常由細(xì)胞外刺激或胞內(nèi)條件調(diào)控。除了脂溶性的不帶電荷的分子能以簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式直接通過(guò)脂雙層外，幾乎所有的小有機(jī)分子穿越細(xì)胞膜都需要載體蛋白。每個(gè)細(xì)胞膜有它自己的一套載體蛋白載體蛋白的三維結(jié)構(gòu)鹽生鹽桿菌（Halobacteriumhalobius）的紫膜質(zhì)，它應(yīng)答光，把H＋泵出細(xì)菌，由共價(jià)連接的吸收光的基團(tuán)（視黃醛）捕捉H＋。該多肽以7個(gè)α螺旋穿越脂雙層。質(zhì)子所經(jīng)途徑可避免接觸脂雙層載體蛋白和通道蛋白的主要區(qū)別是辨別溶質(zhì)的方式。通道蛋白是根據(jù)分子的大小和電荷。載體蛋白是根據(jù)能否特異結(jié)合。通道蛋白僅承擔(dān)被動(dòng)運(yùn)輸，而載體蛋白還承擔(dān)主動(dòng)運(yùn)輸。電化學(xué)梯度的兩種組成部分：溶質(zhì)濃度梯度和跨膜電壓。二者之和成為離子穿越膜的凈驅(qū)動(dòng)力。圖示相同正電荷溶質(zhì)在三種不同情況下的電化學(xué)梯度量值。（A）僅有梯度濃度；（B）濃度梯度加膜電位；（C）膜電位減小，由濃度梯度產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的三種方式黃色表示轉(zhuǎn)運(yùn)分子，紅色表示能源載體蛋白以兩種構(gòu)象狀態(tài)存在：狀態(tài)A，溶質(zhì)的結(jié)合部位暴露于膜外；狀態(tài)B,溶質(zhì)的結(jié)合部位暴露于膜內(nèi)。這兩種狀態(tài)隨機(jī)發(fā)生，與溶質(zhì)是否被結(jié)合無(wú)關(guān)，完全可逆。若膜外溶質(zhì)濃度較高，則采用A→B>B→A。Na+-K+泵。該載體蛋白是一種ATP酶，能水解ATP釋放能逆電化學(xué)梯度量把鈉離子泵出細(xì)胞，鉀離子泵入細(xì)胞。鳥(niǎo)本苷是與該泵結(jié)合以達(dá)到抑制泵活性的藥物。南非的Blyde河水閘，利用勢(shì)能作驅(qū)動(dòng)。離子梯度同樣被用作驅(qū)動(dòng)鈉鉀泵的泵循環(huán)圖解模型1.Na+的結(jié)合及隨后在泵的胞質(zhì)面由ATP進(jìn)行的磷酸化；2.引起蛋白質(zhì)發(fā)生構(gòu)象的變化，轉(zhuǎn)運(yùn)Na+穿運(yùn)膜并釋放到胞外；3.磷酸基連接到蛋白質(zhì)的高能鍵提供能量驅(qū)動(dòng)構(gòu)象變化；4.細(xì)胞外表面K+的結(jié)合5.隨后的去磷酸化，6.使蛋白質(zhì)恢復(fù)原來(lái)的構(gòu)象，這樣K+轉(zhuǎn)運(yùn)穿越膜并釋放到胞內(nèi)。

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的真實(shí)泵中有3個(gè)Na+和2個(gè)K+結(jié)合部位。因此，該泵的一個(gè)循環(huán)的凈結(jié)果是轉(zhuǎn)運(yùn)3個(gè)Na+到胞外，和2個(gè)K+到胞內(nèi)。載體蛋白的三種轉(zhuǎn)運(yùn)類(lèi)型：?jiǎn)蜗蜣D(zhuǎn)運(yùn)（轉(zhuǎn)運(yùn)一種溶質(zhì)）；偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)（一種溶質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)依賴與于同時(shí)或相繼的另一種溶質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)）。后者又分為同向轉(zhuǎn)運(yùn)和對(duì)向轉(zhuǎn)運(yùn)。Na+梯度能驅(qū)動(dòng)葡萄糖泵的一種原則上的方式。該泵以兩種交替狀態(tài)A和B之間隨機(jī)往返。A狀態(tài)下，蛋白質(zhì)向胞外空間開(kāi)放；B狀態(tài)下則向胞內(nèi)溶質(zhì)開(kāi)放。在兩種狀態(tài)下Na+和葡萄糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合率都一樣，但只有在兩者同時(shí)存在的情況下它們才有效地結(jié)合。Na+的結(jié)合，引起蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變，極大地增加蛋白質(zhì)對(duì)葡萄糖的親和力，反之亦然。能使腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖穿過(guò)腸內(nèi)襯的兩種載體類(lèi)型。頂端表面，由Na+驅(qū)動(dòng)的葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)，主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞；在基底面和側(cè)面，由被動(dòng)的葡萄糖單向轉(zhuǎn)運(yùn)，使葡萄糖沿其濃度梯度下行而釋放到胞內(nèi)動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)載體介導(dǎo)溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的一些異同點(diǎn)。由Na+-K+泵產(chǎn)生的電化學(xué)梯度，常被用于驅(qū)動(dòng)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)穿越動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜；通常由H+ATP酶產(chǎn)生的H+電化學(xué)梯度常被植物細(xì)胞、細(xì)菌、真菌（包括酵母）用于此目的。有些離子孔道的開(kāi)啟機(jī)率G蛋白(Gα或Gβγ)調(diào)控，包括鉀離子孔道，鈣離子孔道及鈉離子孔道。電壓活化型及G蛋白活化的鉀離子孔道皆由四個(gè)亞單元組成。不過(guò)前者每一個(gè)亞單元含有六跨膜段，后者每一個(gè)亞單元僅含兩個(gè)跨膜段。電壓活化型鈣離子及鈉離子孔道的主要亞基的跨膜結(jié)構(gòu)。

離子通道

nAChR孔道的概要結(jié)構(gòu)。

(a)側(cè)面圖。(b)俯視圖。(c)一個(gè)亞基的跨膜構(gòu)形。M2圍成孔徑。nAChR孔道含五個(gè)亞基，其活化需兩個(gè)α

亞基與兩個(gè)乙酰膽鹼分子結(jié)合。nAChR乙酰膽堿(acetylcholine)的菸堿酸受體所形成的離子孔道

離子通道的結(jié)構(gòu)

肌肉細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)的離子通道，當(dāng)由神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿與通道結(jié)合時(shí)，該通道開(kāi)放。此離子通道由5個(gè)跨膜蛋白亞基組成，這些亞基結(jié)合組成脂雙層的水孔。每個(gè)亞基由一個(gè)跨膜α構(gòu)成。孔兩端帶負(fù)電荷的氨基酸側(cè)鏈保證了只有帶正電荷的離子才能通過(guò)，主要指Na+和K+。當(dāng)通道處在關(guān)閉構(gòu)象時(shí)，在被稱為門(mén)的區(qū)域內(nèi)，疏水氨基酸測(cè)鏈將此孔堵塞；當(dāng)與乙酰膽堿結(jié)合時(shí)，蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，這些側(cè)鏈移開(kāi)門(mén)被打開(kāi)，容許Na+和K+穿過(guò)膜，降低其電化學(xué)梯度。捕蠅草。當(dāng)一個(gè)昆蟲(chóng)在上面移動(dòng)時(shí)，葉子在半秒鐘內(nèi)急速關(guān)閉。每片葉子中央的三根觸毛中任何兩根連續(xù)遭到碰觸，就會(huì)觸發(fā)這一反應(yīng)。離子通道的開(kāi)放和由此引發(fā)（機(jī)制不清）電信號(hào)，導(dǎo)致膨壓迅速變化而關(guān)閉葉子。膜片鉗記錄技術(shù)。用微電極簡(jiǎn)則可以用與細(xì)胞相連的膜片（A）,也可用分離的膜片（B）進(jìn)行。分離膜片的優(yōu)點(diǎn)是容易改變膜兩側(cè)的溶液成分，測(cè)試各種溶質(zhì)對(duì)通道行為的效應(yīng)用膜片鉗技術(shù)記錄到的單離子通道電流。本例來(lái)自肌肉細(xì)胞并含有一個(gè)單通道蛋白。當(dāng)乙酰膽堿結(jié)合在通道的外表面時(shí)，離子通道打開(kāi),允許陽(yáng)離子通過(guò)，但出現(xiàn)間隙性開(kāi)放。圖示通道開(kāi)放3次，每次時(shí)距不同。如乙酰膽堿不與通道結(jié)合，則通道不開(kāi)放。門(mén)控離子通道。通道閘門(mén)取決于離子通道的種類(lèi)，它響應(yīng)于跨膜電壓差的改（A）、化學(xué)配體在細(xì)胞外（B）或內(nèi)（C）的通道結(jié)合、機(jī)械刺激（D）。

應(yīng)力激活的離子通道如何使我們聽(tīng)到聲音。穿過(guò)柯替氏器的切面通過(guò)內(nèi)耳耳蝸軸。每個(gè)毛細(xì)胞在它上端表面有一簇叫靜纖毛的突起，這些毛細(xì)胞嵌入支持細(xì)胞層內(nèi)，這一支持細(xì)胞層夾在下面基底膜與上面覆膜之間聲音振動(dòng)引起基底膜上下振動(dòng)從而使靜纖毛纖毛傾斜。每個(gè)毛細(xì)胞上交錯(cuò)排列的每根靜纖毛，借助于很細(xì)的絲與鄰近較短的靜纖毛相連。由于靜纖毛的傾斜，拉動(dòng)絲，因而拉開(kāi)靜纖毛膜上的應(yīng)力激活離子通道，使周?chē)芤褐械膸д姾衫与x子進(jìn)入細(xì)胞。離子的輸入激活毛細(xì)胞，這就刺激位于下面的把聽(tīng)覺(jué)信號(hào)傳遞給大腦的神經(jīng)細(xì)胞。含羞草的關(guān)葉反應(yīng)。葉子被碰觸后幾秒鐘，這些小葉下垂。這一反應(yīng)包括電壓門(mén)控離子通道的打開(kāi)，產(chǎn)生電脈沖。當(dāng)脈沖抵達(dá)每片小葉底部特化的鉸鏈細(xì)胞時(shí)，這些細(xì)胞迅速失水，引起小葉突然下垂，進(jìn)一步使葉柄下垂。離子的分布產(chǎn)生膜電位。膜電位是由接近膜的一薄層（小于1nm）離子產(chǎn)生，這些離子通過(guò)對(duì)膜另一邊帶相反電荷的對(duì)方的電吸引而處在應(yīng)有的位置上，產(chǎn)生膜電位所需的跨膜離子只占其極少部分。膜兩側(cè)電荷正好平衡，由負(fù)電荷抵消正電荷，膜電位＝0少數(shù)陽(yáng)離子（紅色）穿過(guò)膜從右到左，留下它們的陰離子（紅色），建立起非零膜電位。由K＋濃度梯度產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力由電壓梯度產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力關(guān)閉的K＋通道，膜電位＝0；細(xì)胞內(nèi)K＋比細(xì)胞外多，但每側(cè)凈電荷為零（正負(fù)電荷相等）K＋通道打開(kāi)，K＋移出，留下陰離子，這種電荷分布產(chǎn)生膜電位平衡K＋向外遷移的傾向假設(shè)膜電位從零開(kāi)始，然后K＋將趨向于由K＋泄漏通道向胞外移動(dòng)，降低其濃度剃度。假定膜含有的通道不讓其他離子通過(guò)，而只讓K＋離子通過(guò)，但因陰離子也不隨K＋離子通過(guò)，結(jié)果膜外有過(guò)多的正電荷、膜內(nèi)有過(guò)多的負(fù)電荷產(chǎn)生，導(dǎo)致膜電位升高，并趨向驅(qū)動(dòng)K＋