生物化學原理/蛋白質-DNA 特異性

蛋白質-DNA 特異性可以分為兩大類：鹼基識別（能夠識別 DNA 鹼基的蛋白質）和形狀識別（能夠識別 DNA 形狀的蛋白質）。這兩大類又進一步細分為其他子類別。對於鹼基識別，存在著主要溝和次要溝的相互作用。次要溝的相互作用由氫鍵和疏水效應組成。主要溝的相互作用由氫鍵和疏水相互作用以及水介導的相互作用組成。我添加了以下句子：水介導的相互作用僅在 DNA 主要溝的鹼基識別中起作用，因為它們指示了溝內的質子供體和受體。然而，這些水介導的相互作用對於次要溝的鹼基識別毫無用處，因為它們在次要溝的狹窄深度內變得不可識別。全域性形狀識別可能取決於 DNA 分子的整體結構，呈現為 A-DNA、Z-DNA 或螺旋內的彎曲。另一方面，區域性形狀識別取決於更區域性的形狀差異，例如 DNA 螺旋內的次要溝、主要溝和扭結。

^[1]

此圖說明了蛋白質-DNA 特異性的簡要總結（來源：蛋白質-DNA 識別中的特異性起源，圖 4）

此圖說明了蛋白質-DNA 特異性的簡要總結（來源：蛋白質-DNA 識別中的特異性起源，圖 4）

蛋白質-DNA 特異性取決於形狀識別
	全域性形狀	區域性形狀
	A-DNA - 在脫水條件下某些蛋白質複合體中可見	次要溝 - 在 B-DNA 中狹窄而深，但在 A-DNA 中寬而淺
	Z-DNA - 被認為是由 B-DNA 的超螺旋形成的	主要溝 - 在 B-DNA 中寬而淺，但在 A-DNA 中狹窄而深
	彎曲 - DNA 螺旋骨架在多個鹼基對上的彎曲	扭結 - 螺旋骨架堆疊中缺失一個鹼基對步驟

^[2]

從左到右，一條直線 B-DNA 鏈，一條彎曲的 B-DNA 鏈和一條扭結的 B-DNA 鏈

‎

蛋白質-DNA 特異性取決於鹼基識別
	次要溝	主要溝
	水介導的相互作用模式在次要溝內變得不可識別	水介導的相互作用 - 指示質子供體和受體的可用性
	氫鍵 - 將極性分子從結合位點排斥	氫鍵 - 將極性分子從結合位點排斥
	疏水相互作用 - 允許非極性物質結合	疏水相互作用 - 允許非極性物質結合

^[3]

DNA 鏈中的扭結透過稱為嵌入的過程穩定，在該過程中，DNA 鏈將發生變形以在其磷酸基團之間建立接觸。有時，會有完全嵌入，其中 DNA 形狀會發生改變以允許磷酸二酯鍵。但是，還有另一種嵌入型別，其中 DNA 鏈充當結合位點。在這種情況下，蛋白質可以結合到扭結位置，並保持或進一步改變 DNA 的整體形狀。

^[4] 主要溝中的氫鍵由於存在四種鹼基對以及氫鍵供體和氫鍵受體之間的獨特模式，因此允許更大的特異性。

蛋白質可以根據所討論的 DNA 鏈的構象結合到 DNA。DNA 鏈的彎曲、扭結和整體結構允許某些蛋白質結合。但是，蛋白質與 DNA 鏈的結合通常會改變 DNA 的結構。某些蛋白質的結合會導致 DNA 鏈內的彎曲、扭結、變形和嵌入。蛋白質與 DNA 部分的結合可能會完全改變該 DNA 鏈從那時起可以結合的蛋白質。

協同作用是多個 DNA 結合蛋白透過這些過程結合以形成更高階核蛋白複合物的過程。這些 DNA 和蛋白質的大型集合能夠進行它們的單個四級自身無法進行的反應。 ^[5]

主要溝中的疏水相互作用在 DNA 鏈的序列特異性識別中起關鍵作用。疏水相互作用使蛋白質側鏈能夠區分胸腺嘧啶和胞嘧啶鹼基對。

次要溝中由於氫鍵而產生的水分子位移為 DNA 結合提供了強大的熱力學驅動力。

導致特異性的因素

氫鍵
疏水相互作用
序列依賴性 DNA 結構
DNA 的可變形性

↑ Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.
↑ Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.
↑ Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.
↑ Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.
↑ Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.

[1] Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.

[2] Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.

[3] Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.

[4] Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.

[5] Rohs, Remo, Xiangshu Jin, Sean M. West, Rohit Joshi, Barry Honig, and Richard S. Mann. "Origins of Specificity in Protein-DNA Recognition." Annual Reviews. N.p., 24 03 2010. Web. 29 Oct 2011. <http://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-biochem-060408-091030?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub=pubmed>.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]