生物化学原理/蛋白质-DNA 特异性

蛋白质-DNA 特异性可以分为两大类：碱基识别（能够识别 DNA 碱基的蛋白质）和形状识别（能够识别 DNA 形状的蛋白质）。这两大类又进一步细分为其他子类别。对于碱基识别，存在着主要沟和次要沟的相互作用。次要沟的相互作用由氢键和疏水效应组成。主要沟的相互作用由氢键和疏水相互作用以及水介导的相互作用组成。我添加了以下句子：水介导的相互作用仅在 DNA 主要沟的碱基识别中起作用，因为它们指示了沟内的质子供体和受体。然而，这些水介导的相互作用对于次要沟的碱基识别毫无用处，因为它们在次要沟的狭窄深度内变得不可识别。全局形状识别可能取决于 DNA 分子的整体结构，呈现为 A-DNA、Z-DNA 或螺旋内的弯曲。另一方面，局部形状识别取决于更局部的形状差异，例如 DNA 螺旋内的次要沟、主要沟和扭结。

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此图说明了蛋白质-DNA 特异性的简要总结（来源：蛋白质-DNA 识别中的特异性起源，图 4）

此图说明了蛋白质-DNA 特异性的简要总结（来源：蛋白质-DNA 识别中的特异性起源，图 4）

蛋白质-DNA 特异性取决于形状识别
	全局形状	局部形状
	A-DNA - 在脱水条件下某些蛋白质复合体中可见	次要沟 - 在 B-DNA 中狭窄而深，但在 A-DNA 中宽而浅
	Z-DNA - 被认为是由 B-DNA 的超螺旋形成的	主要沟 - 在 B-DNA 中宽而浅，但在 A-DNA 中狭窄而深
	弯曲 - DNA 螺旋骨架在多个碱基对上的弯曲	扭结 - 螺旋骨架堆叠中缺失一个碱基对步骤

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从左到右，一条直线 B-DNA 链，一条弯曲的 B-DNA 链和一条扭结的 B-DNA 链

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蛋白质-DNA 特异性取决于碱基识别
	次要沟	主要沟
	水介导的相互作用模式在次要沟内变得不可识别	水介导的相互作用 - 指示质子供体和受体的可用性
	氢键 - 将极性分子从结合位点排斥	氢键 - 将极性分子从结合位点排斥
	疏水相互作用 - 允许非极性物质结合	疏水相互作用 - 允许非极性物质结合

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DNA 链中的扭结通过称为嵌入的過程稳定，在该過程中，DNA 链将发生变形以在其磷酸基团之间建立接触。有时，会有完全嵌入，其中 DNA 形状会发生改变以允许磷酸二酯键。但是，还有另一种嵌入类型，其中 DNA 链充当结合位点。在这种情况下，蛋白质可以结合到扭结位置，并保持或进一步改变 DNA 的整体形状。

^[4] 主要沟中的氢键由于存在四种碱基对以及氢键供体和氢键受体之间的独特模式，因此允许更大的特异性。

蛋白质可以根据所讨论的 DNA 链的构象结合到 DNA。DNA 链的弯曲、扭结和整体结构允许某些蛋白质结合。但是，蛋白质与 DNA 链的结合通常会改变 DNA 的结构。某些蛋白质的结合会导致 DNA 链内的弯曲、扭结、变形和嵌入。蛋白质与 DNA 部分的结合可能会完全改变该 DNA 链从那时起可以结合的蛋白质。

协同作用是多个 DNA 结合蛋白通过这些过程结合以形成更高阶核蛋白复合物的过程。这些 DNA 和蛋白质的大型集合能够进行它们的单个四级自身无法进行的反应。 ^[5]

主要沟中的疏水相互作用在 DNA 链的序列特异性识别中起关键作用。疏水相互作用使蛋白质侧链能够区分胸腺嘧啶和胞嘧啶碱基对。

次要沟中由于氢键而产生的水分子位移为 DNA 结合提供了强大的热力学驱动力。

导致特异性的因素

氢键
疏水相互作用
序列依赖性 DNA 结构
DNA 的可变形性

↑ 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>.
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[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>.

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