卷曲螺旋

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原肌球蛋白所形成的卷曲螺旋。
一个典型的由两个反平行α螺旋所组成的卷曲螺旋。来自GCN4蛋白中的亮氨酸拉链。PDB 1ZIK

卷曲螺旋（英语：coiled coil）是一种蛋白质超二级结构，由2－7[1]个α螺旋（最常见的是2或4个）互相缠绕形成麻花状结构。许多具有重要生物学功能（如基因表达调控中的转录因子）蛋白质含有卷曲螺旋。

许多含有卷曲螺旋结构的蛋白质具有重要的生物学功能，例如基因表达的调控中的转录因子。含有卷曲螺旋结构最知名的蛋白质有原癌蛋白（oncoprotein）c-fos和jun，以及原肌球蛋白（tropomyosin，一种肌肉蛋白）。

目录

历史

在莱纳斯·鲍林和他的同事于1951年提出α螺旋结构[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螺旋互相缠绕而形成卷曲螺旋。[3]

结构

卷曲螺旋中七肽重复区的示意图

形成卷曲螺旋的蛋白质序列中通常具有序列重复现象，每个重复序列区含有七个氨基酸，被称为七肽重复区（heptad repeat）。卷曲螺旋中螺旋之间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“亮氨酸拉链”（亮氨酸如同拉链一般相互作用）。在细胞质这样一个水环境中，两个螺旋排列在一起最好的方式就是将它们的疏水氨基酸相对，而亲水氨基酸则朝外；这样就使得疏水表面不会暴露于水环境中。这种对疏水表面的包埋为两个螺旋的二聚化提供了热力学驱动力。

形成卷曲螺旋的α螺旋之间的关系可以是平行的或反平行的，并且这些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，或者通过蛋白质工程设计而达成。[4]

生物学功能

gp41六聚体能够启动HIV进入宿主细胞。

HIV感染

艾滋病毒（HIV）侵入人体细胞中关键的一个步骤是由反平行卷曲螺旋构成的gp41三聚体的暴露。gp41三聚体一般是被另一个病毒表面糖蛋白gp120所覆盖，以保护gp41免受抗体识别。当病毒结合到靶细胞上时，gp120发生结构变化，将gp41三聚体暴露出来使得gp41的疏水N端尾部插入靶细胞的细胞膜。gp41上的三个α螺旋折叠到gp41的卷曲螺旋三聚体上形成六聚体，并将病毒外膜与靶细胞的细胞膜拉到足够近而发生膜融合。然后，病毒就可以进入细胞，开始自身复制。

二聚化标签

由于卷曲螺旋的特异性作用并且常常形成二聚体，因此卷曲螺旋被用作二聚化的标签应用于需要二聚化的蛋白质。

参考文献

  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.

外部链接

可用于预测蛋白质序列中的卷曲螺旋的服务器网址：

总览

螺旋结构：α螺旋 · 310螺旋 · π螺旋 · β螺旋 · 聚脯氨酸螺旋 · 胶原螺旋

延展结构：β折叠 · 转角 · β发夹 · β凸起 · α折叠

蛋白质超二级结构：卷曲螺旋 · 螺旋-转角-螺旋 · EF手
氨基酸

倾向于产生螺旋结构的氨基酸：甲硫氨酸 · 丙氨酸 · 亮氨酸 · 谷氨酰胺 · 谷氨酸 · 赖氨酸

倾向于产生延展结构的氨基酸：苏氨酸 · 异亮氨酸 · 缬氨酸 · 苯丙氨酸 · 酪氨酸 · 色氨酸

倾向于产生无序结构的氨基酸：甘氨酸 · 丝氨酸 · 脯氨酸 · 天冬酰胺 · 天冬氨酸

无产生任何结构倾向的氨基酸：半胱氨酸 · 组氨酸 · 精氨酸

参考来源

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