亮氨酸拉链

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亮氨酸拉链(leucine zipper):出现地DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元(motif)。当来自同一个或不同多肽链的两个两用性的α-螺旋的疏水面(常常含有亮氨酸残基)相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。

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性质

蛋白质局部结构形式,即适于大分子之间相互结合的基元(motif)之一。在生物化学的研究中,发现某些DNA结合蛋白一级结构C末端区段,亮氨酸总是有规律地每隔7个氨基酸就出现一次。蛋白质α-螺旋每绕一圈为3.6个氨基酸残基。这种一级结构形成α-螺旋时,亮氨酸必与螺旋轴平行而在外侧同一线上排布,每绕两圈出现一次,如图中的1,8,15,22位;而且,亮氨酸R-基因上的分支侧链也露于螺旋之外成规律地相间。所谓拉链,就是两组平行走向,带亮氨酸的α-螺旋形成的对称二聚体。每条链上的亮氨酸残基,侧链上R-基因的分支碳链,又刚好互相交错排列,故名。亮氨酸拉链结构常出现于真核生物DNA结合蛋白的C-端,它们往往是和癌基因表达调控功能有关,故受到研究者的重视。这类蛋白质的主要代表为酵母转录激活因子GCN4,癌蛋白Jun,Fos,Myc,增强子结合蛋白C/EBP等。这类基元结构是解决基因转录调控的途径之一,并将会在生命科学研究中继续成为主导领域的研究课题。

亮氨酸拉链(leucine zipper)是由伸展的氨基酸组成,每7个氨基酸中的第7个氨基酸是亮氨酸,亮氨酸是疏水性氨基酸,排列在。螺旋的一侧,所有带电荷的氨基酸残基排在另一侧。当2个蛋白质分子平行排列时,亮氨酸之间相互作用形成二聚体,形成“拉链”。在“拉链”式的蛋白质分子中,亮氨酸以外带电荷的氨基酸形式同DNA结合。

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作用举例

原癌基因c—fos 的蛋白产物是磷酸化蛋白,有一个亮氨酸“拉链”区,却不能形成同源二聚体。可是,它可以同c-jun的蛋白产物中的“拉链”区形成异源二聚体。c—fos 的蛋白质产物本身不能同DNA结合,可是一旦同c-jun的蛋白质产物形成“拉链”式的异源二聚体后,却能与jun-jun同源二聚体一样具有DNA结合能力,且表现出更高的亲和力。

酵母转录因子GCN4是通过亮氨酸拉链(bZIP)结构结合DNA的蛋白质之一,当GCN4二聚体与DNA结合时,亮氨酸拉链区的2个单体结合为平行的卷曲螺旋结构,而其基区由无规线团结构变为α螺旋.为探讨亮氨酸拉链蛋白与DNA的结合机理,设计了含有GCN4亮氨酸拉链蛋白基区结合DNA的必需氨基酸的折叠片段,并将其克隆到Escherichia coli BL21,讨论了此亮氨酸拉链蛋白的表达条件.在蛋白质的小量表达试验中,重组子Escherichia coli BL21于5 mL含有50 μg/mL氨苄青霉素和34 μg/mL氯霉素的LB液体培养基中培养至对数期,加入不同浓度的IPTG,继续培养以诱导蛋白质的表达,在不同的时间( 如:诱导前,诱导2,4,6,8 h) 取样100 μL到1.5 mL离心管中、离心收集沉淀,将沉淀悬浮于样品缓冲液中,用10% SDS-PAGE检测;在10 L含氨苄青霉素和氯霉素的LB液体培养基中进行了大量表达,根据小量表达的试验结果确定了IPTG的浓度和诱导时间. 结果表明:含有这种拉链蛋白质的重组子Escherichia coli BL21在37℃下小量培养时,0.1~0.8 mmol的 IPTG均可在2~10 h内诱导该蛋白质表达; 而大量培养时,0.2 mmol和0.4 mmol的 IPTG在37℃均不可能诱导表达,只在28℃时才表达; 小量培养和大量培养的最佳诱导时间为4~6 h, 诱导剂 IPTG的浓度为0.2 mmol, 大量表达的温度为28℃而不是 37℃.


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