捲曲螺旋

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

捲曲螺旋（英語：coiled coil）是一種蛋白質超二級結構，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（如基因表達調控中的轉錄因子）蛋白質含有捲曲螺旋。

許多含有捲曲螺旋結構的蛋白質具有重要的生物學功能，例如基因表達的調控中的轉錄因子。含有捲曲螺旋結構最知名的蛋白質有原癌蛋白（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·鮑林和他的同事於1951年提出α螺旋結構[2]後不久，弗朗西斯·克里克就於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捲曲螺旋。[3]

結構

捲曲螺旋中七肽重複區的示意圖

形成捲曲螺旋的蛋白質序列中通常具有序列重複現象，每個重複序列區含有七個胺基酸，被稱為七肽重複區（heptad repeat）。捲曲螺旋中螺旋之間相互作用的表面常含有疏水胺基酸，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）。在細胞質這樣一個水環境中，兩個螺旋排列在一起最好的方式就是將它們的疏水胺基酸相對，而親水胺基酸則朝外；這樣就使得疏水表面不會暴露於水環境中。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。

形成捲曲螺旋的α螺旋之間的關係可以是平行的或反平行的，並且這些α螺旋通常採用「左手」型超螺旋。少量「右手」型捲曲螺旋也存在於自然界中，或者通過蛋白質工程設計而達成。[4]

生物學功能

gp41六聚體能夠啟動HIV進入宿主細胞。

HIV感染

愛滋病毒（HIV）侵入人體細胞中關鍵的一個步驟是由反平行捲曲螺旋構成的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螺旋摺疊到gp41的捲曲螺旋三聚體上形成六聚體，並將病毒外膜與靶細胞的細胞膜拉到足夠近而發生膜融合。然後，病毒就可以進入細胞，開始自身複製。

二聚化標籤

由於捲曲螺旋的特異性作用並且常常形成二聚體，因此捲曲螺旋被用作二聚化的標籤應用於需要二聚化的蛋白質。

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.

外部連結

可用於預測蛋白質序列中的捲曲螺旋的伺服器網址：

總覽

螺旋結構：α螺旋 · 310螺旋 · π螺旋 · β螺旋 · 聚脯氨酸螺旋 · 膠原螺旋

延展結構：β摺疊 · 轉角 · β髮夾 · β凸起 · α摺疊

蛋白質超二級結構：捲曲螺旋 · 螺旋-轉角-螺旋 · EF手
胺基酸

傾向於產生螺旋結構的胺基酸：甲硫氨酸 · 丙氨酸 · 亮氨酸 · 谷氨醯胺 · 谷氨酸 · 賴氨酸

傾向於產生延展結構的胺基酸：蘇氨酸 · 異亮氨酸 · 纈氨酸 · 苯丙氨酸 · 酪氨酸 · 色氨酸

傾向於產生無序結構的胺基酸：甘氨酸 · 絲氨酸 · 脯氨酸 · 天冬醯胺 · 天冬氨酸

無產生任何結構傾向的胺基酸：半胱氨酸 · 組氨酸 · 精氨酸

參考來源

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