3.2.3 锌指结构的特点
Cys2His2锌 指蛋白与DNA 形成复合物的 X-射线晶体衍 射图谱。 三个锌指以 半环状排列于 DNA的大沟中。
3.2.3 锌指结构的特点
雌激素受体 (ER) DNA结 合结构域与 DNA识别因子 配位的同二聚 体。其中四个 圆代表二聚体 中的四个Zn 离子。
RNA结构的特点：胞内RNA一般呈单链结构，但往往 折叠成各种二级结构（突起、发夹、茎环等）。
RNA结合蛋白中的基本结构
结合结构 核糖核酸蛋白结 构域 dsRBD 结合部位 β-折叠 β-折叠 分布 真核生物 所有生物 举 例 U1A snRNP 果蝇的Staufen蛋白
K-同源蛋白
环区
真核生物
6.3 解读蛋白中的氨基酸
部分替换：用基因工程方法替换结构域中的某 些残基，研究其对与DNA结合的重要性。 结构分析：用X-射线、NMR方法研究发现，在 DNA和蛋白质结合过程中，蛋白质和DNA的构 象发生了适宜性的变化，水分子在蛋白和DNA 的相互作用中也发挥了特殊的作用。
6.4 假定的锌指蛋白DNA识别密码
目前还没有发现一套普遍的密码适用于所有的蛋白质 和氨基酸，但在锌指蛋白中发现了一个初步的规律。 锌指蛋白氨基酸残基与DNA碱基对应关系
3’
T A G
5’
与Zif268相关的锌指蛋白的部分DNA识别密码
三联体密码中碱基的位置
碱基
A C
5’
中部
3—Asn 3—Asn，Leu，Thr，Val
3’
-1—Gln+2--Ala
类固醇受体家 族 碱性结构域 带状-螺旋-螺旋 组蛋白-核心
α -螺旋
α -螺旋
真核生物
真核生物
大鼠糖皮质激素等
人类的MyoD蛋白等
β-折叠 所有生物 静电作用 真核生物 α -螺旋
大肠杆菌MetJ阻遏物 人类TAFII31等
2.2 RNA识别的一般方式
与RNA结合的蛋白质多以β-折叠为识别部位。
研究表明：碱性结合结构域中，与DNA结合碱性结构域, 在溶液中为一
种无序的部分螺旋的结构; 当其同DNA结合时， 这种构象发生了变化，诱导了典型的α螺旋形 成。
3.4 类组蛋白结构motif
真核细胞的DNA分子，通过与组蛋白的作用， 将组蛋白包裹成核小体。每个核小体中含有两 个负超螺旋的DNA结构，与组蛋白相结合。
7.1.2 DNA酶I足迹法
原理：结合有蛋白质的DNA片段受到保护而不
被酶降解。
用途：鉴定被特殊蛋白质占据的核苷酸位点。
说明：将DNA与抽提蛋白保温后，仅在一端标 记，用限制酶量的DNaseI 酶解产生一组标记 条带。电泳分析时，因蛋白质保护片段不被酶 切而出现间隔。对相同片段进行序列分析比较， 可以推测与蛋白质结合的DNA序列。
3.2 半胱氨酸-组氨酸锌指
3.2.1 Cys2-His2锌指组件
锌指结构（Zinc finger） 是第一个被发现的真核细 胞中与DNA结合的蛋白质， 在真核基因组中广泛存在， 其约占基因组的0.5%， 在原核生物中虽有发现， 但相对较少。目前已发现 有六种类型，其经典结构 如右图。
3.2.2 常见的锌指结构三种类型
蛋白质与核酸的相互作用 -------核酸结合蛋白
主要介绍内容
核酸结合蛋白的功能与分类 核酸被蛋白质识别 蛋白质中DNA结合motif
蛋白质中RNA结合motif
蛋白质核酸结合的分子基础
序列特异性结合
研究蛋白质核酸相互作用的技术
一、核酸结合蛋白的功能与分类
核酸结合蛋白的功能：
结构和包装蛋白: 染色体中的组蛋白、病毒 的衣壳蛋白等； 运输和定位作用: DNA在核仁分离和定位、 质粒的转移等；
2.1 DNA识别的一般方式
2.1.1 同双链DNA结合的蛋白质种类
同DNA末端相互作用的蛋白质：DNA外切酶、 DNA连接酶等；
围绕DNA或以深的狭缝结合DNA的蛋白质： DNA聚合酶、拓扑异构酶等； 同DNA双螺旋的表面作用的蛋白质：大多数转 录因子、限制性内切酶、DNA包装蛋白、位点 特异的重组酶、DNA修复酶等
B. 通过增加的接触面使复合体更加稳定; C. 同源二聚体识别回文序列。
六、序列特异性结合
6.1 蛋白质识别的DNA序列
在蛋白质和DNA识别过程中, 一些蛋白质造成一个或几 个碱基对的解离, 但大部分识别发生在闭合双链前后。 直接解读：涉及在大沟和小沟处蛋白质与碱基之间的相 互作用，有蛋白质和DNA之间作用，也有水分子作为桥 在其中发挥作用。 非直接解读：涉及蛋白质、糖链和磷酸骨架间的相互作 用, 蛋白质和DNA特殊序列, 以及糖链的作用, 使蛋白质 和DNA呈特殊构象, 从而使它们之间可以相互识别。
3.3 碱性结合结构域
都有一个高度 碱性的α螺旋， 作为与DNA识 别的基本结构；
包括碱性亮氨 酸拉链和碱性 螺旋-环-螺旋 两种结构。
二聚bZIP蛋白亮氨酸拉链结构示意图
3.3 碱性结合结构域
bZIP转录 因子c-Fos： c-Jun异二 聚体结合于 DNA寡聚 体的晶体结 构
3.3 碱性结合结构域
四、蛋白质中RNA结合motif
K同源结构域：先发现于hnRNA结合蛋白K中， 现在FMR1基因产物中也有发现。含有三个α螺 旋和三个β折叠： β-α -α -β-β –α。与RNA特异性 相互作用发生于头两个α螺旋连接区。
其它RNA结合结构域：上面有些DNA结合蛋白 结构motif也可以与RNA结合，如锌指蛋白 TFIIIA可同5S rRNA结合。只是有的与DNA大 沟结合的氨基酸残基，在RNA小沟中容纳不下， 可能与其它残基结合。
3.5 通过β链识别的蛋白
DNA识别 区域是由 1-2个β链 折叠结构 组成，它 们可以进 入DNA大 沟。
四、蛋白质中RNA结合motif
RNP（核糖核蛋白）结构域：
有两个保守motif-RNP1和RNP2，均为一
个大结构的一部分，β-α-β-β-α-β，其中motif
位于中心的一个β折叠处。通常与SnRNA结合,
五、蛋白质核酸结合的分子基础
5.1 核酸与蛋白质的直接作用 核酸蛋白质直接作用的四种途径： 蛋白质侧链与碱基的作用（序列特异性相 互作用的主要形式）； 蛋白质主链（如氨基）与碱基作用； 蛋白质侧链与磷酸骨架作用； 蛋白质主链与磷酸骨架作用。
核酸蛋白质直接作用的力：氢键、范德华力、 疏水作用、静电作用(离子键)等。
G
T
6—Arg；6– Ser， Thr+2--Asp
6—Ser，Thr + 2-Asp
3—His
3—Ala，Ser，Val；-1-Asn
-1—Arg+2—Asp
-1—Gln + 2--Ser
6.5 序列特异性RNA识别
由于RNA种类繁多、结构多样，目前还没有总结识别的规律。
七、蛋白质核酸相互作用的研究技术
序列分析表明，组蛋白H2A、H2B、H3和H4 之间仅有20%的同源性，但它们都包含介导二 聚体化的螺旋-链-螺旋结构。H1也具有相似的 结构。
3.4 类组蛋白结构motif
研究表明：许多转录因子与组蛋白同源，如人 类TAFII31与H3同源；TAFII80与H4同源； TAFII20同H2B同源，但目前还没有找到与 H2A同源的因子。
5.2 水在蛋白质核酸相互作用中地位
水作为填充物或参与键的形成。在非特异性核酸结
合蛋白中，水被认为是绝缘子，衬于核酸和蛋白质 表面, 使得可以相互滑动到特异性位点。
水还具有直接的作用： 一是在有些核酸-蛋白质作用中(如Trp-阻遏物-DNA 的复合物中)，水负责结合的亲合力和特异性； 二是水可以延伸蛋白质和核酸组成的氢键网络 (水 分子固定为一种特殊的构象)。
7.1 同蛋白质结合的核酸序列研究 7.1.1 凝胶阻滞分析：
原理：蛋白质可以与末端标记的核酸探针结合，电 泳时这种DNA/RNA蛋白质复合物比裸露的DNA或 RNA电泳迁移慢, 即表现为相对滞后。 用途: 鉴定和了解与蛋白质结合的DNA或RNA位点;
说明: 将蛋白质与标记的DNA或RNA保温或不保温, 电泳后比较迁移率。再用过量的特殊序列的寡聚核 苷酸替代试验, 以确定特殊序列与蛋白质结合位点。
6.2 DNA中的分子信号
H 供体 受体 受体
大 沟 侧
N C N O H H H
CH3 受体
供体
H
受体
H H
O
N N H G N
N N
H 3C T N
O N O H
H
N N H A N
N
N
N
小沟侧
受体 H 受体
受体
供体 受体
大沟的特异性，小沟的简并性
6.3 解读蛋白质中的氨基酸
许多蛋白质中氨基酸序列差异很大，但却 具有相似的空间结构，如HTH、锌指等。 结构域交换：通过基因工程手段，将结构 域替换，研究结构域是否必须及重要性。 结果表明，许多结构域对于与DNA的结 合非常重要。
经典锌指
双核基因簇锌指
核受体锌指
3.2.3 锌指结构的特点
Cys2His2锌指：在与锌离子结合的肽链上有一个 保守的序列：C-X2-4-C-X2-4-F-X5-L-X2-H-X3-4-H. 其中L位于锌指的手指端，与DNA的大沟作用。 多Cys锌指结构：与锌离子相连的氨基酸均为半 胱氨酸，多存在于类固醇激素核受体家族。 锌双核族锌指结构：由6个半胱氨酸共与两个锌 离子结合，具有下列保守结构：C-X2-C-X6-CX6-C-X2-C-X6-C
SnRNA的一个发夹结构和蛋白的motif富含负
电荷残基结合。
四、蛋白质中RNA结合motif
双链RNA结合结构域（dsRBD）: