无序蛋白质判定和其结构、功能和进化特征.PDF

生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biop hys ics 2015, 42(1): 16~24 序蛋白质的判定及其结构、功能和进化特征* 1, 2) 2)** 2) 1) 2) 马冲 杨 冬 姜 颖 钟儒刚 贺福初 (1) 京工业大学生命科学与生物工程学院，北京 100022 ； 2) 军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京蛋白质组研究中心，蛋白质组学国家重点实验室，北京102206) 摘要 固有无序蛋白质(intrinsically disordered proteins ，IDPs)是天然条件下自身不能折叠为明确唯一的空间结构，却具有生 物学功能的一类新发现的蛋白质 这类蛋白质的发现是对传统的 “结构- 功能”关系认识模式的挑战 本文首先总结了无序 蛋白质的实验鉴定手段、预 方法、数据库；并介绍了无序蛋白质结构(包括一级结构、二级结构、结构域无序性及变构效 应)和功能特征；然后重点总结了无序蛋白质在进化角度研究的进展，包括无序区域产生的进化机制、进化速率，蛋白无序 性的进化在蛋白质功能进化及生物学复杂性增加等方面的重要作用；最后展望了无序蛋白质在医药方面的应用前景 本文对 于深入认识无序蛋白质的形成机制、结构和功能特征及其潜在的临床应用前景具有重要意义 关键词 固有无序蛋白质，序列，结构，功能，进化 学科分类号 Q51 DOI: 10.3724/SP.J.1206.20 14.00084 关于蛋白质的结构和功能，一般认为“序列决 区域) 定结构，结构决定功能” 这里的 “结构”，传统 无序蛋白质在生物体内是普遍存在的，在不同 观念上一般指有序的三维结构 但近50 多年来， 的生物中其占蛋白质组的比例差异明显 Ward 等[3] 研究者们不断地发现一类新的蛋白质，它们没有明 分析发现，在原核生物中，蛋白质组中0.9%～7% 确的三维结构却具有特定生物学功能 并且，对其 的蛋白质含有长无序区域(连续超过30 个残基) ； 中的一部分早有研究，例如多肽类激素[1] 而在真核生物中，含长无序区域的蛋白质占整个蛋 (polypeptide hormones)，研究发现其在溶液状态是 白质组的27.5%～36.6% 由此可见，无序蛋白质 无序的 最近十多年，人们所发现的此类蛋白质数 在真核生物蛋白质组中占据着重要的地位 对这类 [2] 量呈快速增长趋势 这类蛋白质的全部或部分区 蛋白质的结构、功能、进化特征的认识，有助于我 域，自身不能折叠为明确唯一的空间结构，这些区 们更深层次地理解无序蛋白质的功能重要性及其参 域就是无序区域 在生命活动中，这类蛋白质发挥 与重要生理病理过程的分子机制 本文将介绍无序 着重要的生物学功能，当和其他蛋白质结合时，可 蛋白质的预 、实验方法、数据库，并对其序列、 以折叠为有序结构，因而存在一系列快速互变的构 结构、功能及进化方面的研究进展进行总结(研究 象 我们把这类具有无序区域的蛋白质称为固有无 历程中的主要事件见图1) 序蛋白质(intrinsically disordered proteins，IDPs)， 也称 为 固有 非 结构 化 蛋白质 (intrinsically * 国家国际科技合作专项(20 14DFB30020)和国家重大科学研究计划 unstructured proteins，IUPs) 无序蛋白质依据无序 (20 14CBA02001)资助项目. 区域的范围可以分为完全无序蛋白质(全序列无序) ** 通讯联系人. 和部分无序蛋白质(局部含有超过30 个残基的无序 Tel: 0101140, E-mail: yangdongbprc@ 163.com