非組蛋白

非組蛋白是細胞核中組蛋白以外的蛋白，包括以DNA 為底物的酶以及作用於組蛋白的一些酶，如組蛋白甲基化酶，此外還有DNA 結合蛋白、組蛋白結合蛋白和調控蛋白。非組蛋白具有多樣性和異質性，不同組織細胞中其種類和數目都不相同。非組蛋白對DNA 具有識別特異性，識別信息來源於DNA 核苷酸序列本身，識別位點存在於DNA 雙螺旋的大溝部分。識別與結合靠氫鍵和離子鍵。在不同的基因組之間，這些非組蛋白所識別的DNA 序列是保守的。非組蛋白具有多方面的重要功能，包括基因表達的調控和染色質高級結構的形成，如幫助DNA 分子摺疊，以形成不同的結構域協助啟動DNA 複製，控制基因轉錄，調節基因表達。

基本介紹

• 中文名：非組蛋白
• 外文名：sequence specific DNA binding protein
• 別稱：序列特異性DNA結合蛋白
• 特性：酸性

檢測

首先製備一段帶有放射性標記的已知特異序列的DNA，將要檢測的細胞抽提物與標記DNA混合，進行凝膠電泳。

未結合蛋白的自由DNA在凝膠上遷移最快，而與蛋白質結合的DNA遷移慢，一般結合的蛋白質分子越大，DNA分子的延滯現象越明顯，然後通過放射性自顯影分析，即可發現一系列DNA帶譜，每條帶分別代表不同的DNA-蛋白質複合物。每條帶相對應的結合蛋白隨後再通過細胞抽提物組分分離方法被進一步分開。

特性

1、酸鹼性：組蛋白是鹼性的，而非組蛋白則大多是酸性的。

2、多樣性：非組蛋白占染色質蛋白的60%~70%，不同組織細胞中其種類和數量都不相同，代謝周轉快。包括多種參與核酸代謝與修飾的酶類如DNA聚合酶和RNA聚合酶、HMG蛋白（high mobility group protein）、染色體支架蛋白、肌動蛋白和基因表達蛋白等。

3、特異性：能識別特異的DNA序列，識別信息來源於DNA核苷酸序列本身，識別位點存在於DNA雙螺旋的大溝部分，識別與結合靠氫鍵和離子鍵。在不同的基因組之間，這些非組蛋白所識別的DNA序列在進化上是保守的。這類序列特異性DNA結合蛋白具有一個共同特徵，即形成與DNA結合的螺旋區並具有蛋白二聚化的能力。

4、功能多樣性：雖然與DNA特異序列結合的蛋白質在每一個真核細胞中只有10 000個分子左右，約占細胞總蛋白的1/50 000，但具有多方面的重要功能，包括基因表達的調控和染色質高級結構的形成。如幫助DNA分子摺疊，以形成不同的結構域；協助啟動DNA複製，控制基因轉錄，調節基因表達等。

結構模式

雖然非組蛋白種類眾多，但是根據它們與DNA結合的結構域不同，可分為不同的家族。

α螺旋-轉角-α螺旋模式

（helix - turn - helix motif）

這是最早在原核基因的激活蛋白和阻抑物中發現的。迄今已經在百種以上原核細胞和真核生物中發現這種最簡單、最普遍的DNA結合蛋白的結構模式。這種蛋白與DNA結合時，形成對稱的同型二聚體（symmetric homodimer）結構模式。構成同型二聚體的每個單體由20個胺基酸的小肽組成α螺旋-轉角-α螺旋結構，兩個α螺旋相互連線構成β轉角，其中羧基端的α螺旋為識別螺旋（recognition helix），負責識別DNA大溝的特異鹼基信息，另一個α螺旋沒有鹼基特異性，與DNA磷酸戊糖鏈骨架接觸。這種蛋白在與DNA特異結合時，以二聚體形式發揮作用，結合靠蛋白質的胺基酸側鏈與特異鹼基對之間形成氫鍵。

鋅指模式

（zinc finger motif）

負責 5S RNA、tRNA 和部分 snRNA 基因轉錄的RNA聚合酶Ⅲ所必須的轉錄因子。TFⅢ A 是首先被發現的鋅指蛋白，由344個胺基酸組成。TFⅢ A 含有9個有規律的鋅指重複單位，每個單位30個胺基酸殘基，其中一對半胱氨酸和一對組氨酸與Zn²⁺形成配位鍵。每個鋅指單位是一個DNA結合結構域（DNA-binding domain），每個鋅指的 C 末端形成α螺旋負責與DNA結合。這類Cys₂/His₂鋅指單位的共有序列（consensus sequence）是：Cys - X_2~4 - Cys - X₃ - Leu - X₂ - His - X₃ - His。哺乳類轉錄因子 SP1 也有類似的鋅指結構，由三個鋅指單位組成。另一類鋅指蛋白含兩對半胱氨酸，而不含組氨酸，如哺乳類細胞的甾體類激素受體蛋白。這類Cys₂/Cys₂鋅指單位的結合Zn²⁺的共有序列是：Cys - X₂- Cys - X₁₃- Cys - X₂- Cys。不同的鋅指識別不同的鹼基序列，因為不同鋅指的胺基酸組成不一樣。

亮氨酸拉鏈模式

（leucine zipper motif，ZIP）

在構建轉錄複合物過程中，普遍涉及蛋白與蛋白之間的相互作用，形成二聚體是識別特異DNA序列蛋白的相互作用的共同原則，亮氨酸拉鏈就是富含Leu殘基的一段胺基酸序列所組成的二聚化結構。這類序列特異性DNA結合蛋白家族，包括酵母的轉錄激活因子（GCN4）、癌蛋白Jun、Fos、Myc以及增強子結合蛋白（enhancer binding protein，C/EBP）等。所有這些蛋白的肽鏈羧基端約35個胺基酸殘基有形成α螺旋的特點，每兩圈（7個胺基酸殘基）有一個亮氨酸殘基。這樣，在α螺旋一側的Leu排成一排，兩個蛋白質分子的α - 螺旋之間靠Leu殘基之間的疏水作用力形成一條拉鏈狀結構。這類蛋白與DNA的特異結合都是以二聚體形式起作用的，但與DNA結合的結構域是拉鏈區相鄰的肽鏈 N 端帶正電荷的鹼性胺基酸區。

螺旋-環-螺旋結構模式

（helix - loop - helix motif，HLH）

HLH這一結構模式廣泛存在於動、植物DNA結合蛋白中。HLH由40~50個胺基酸組成兩個兩性α螺旋，兩個α螺旋中間被一個或幾個β轉角組成的環區所分開。每個α螺旋由15~16個胺基酸殘基組成，並含有幾個保守的胺基酸殘基。具有疏水面和親水面的兩性α螺旋有助於二聚體的形成。α螺旋鄰近的肽鏈 N 端也有帶正電荷的鹼性胺基酸區與靶DNA大溝結合。具有螺旋-環-螺旋結構的蛋白家族成員之間形成同源或異源二聚體是這類蛋白與DNA結合的必要條件，缺失α螺旋的二聚體不能牢固結合DNA。

HMG框結構模式

（HMG-box motif）

在發現一組豐富的高速泳動族蛋白（high mobility group protein）以後，首先命名HMG框結構模式。該結構由3個α螺旋組成 boomerang-shaped 結構模式，具有彎曲DNA的能力。因此，具有HMG框結構的轉錄因子又稱為“構件因子（architectural factor）”，它們通過彎曲DNA、促進與鄰近位點相結合的其他轉錄因子的相互作用而激活轉錄。SRY是一種HMG蛋白，在人類男性性別分化中具有關鍵作用，HMG蛋白由Y染色體上一個基因編碼，在誘導睪丸分化途徑中一些相關基因的轉錄活性被HMG蛋白所激活。

功能

1、酶(RNA合成酶、蛋白質磷酸化酶等)；

2、遺傳信息的保持和表達調節(HMG14，HMG17及許多酸性染色體蛋白質)；

3、染色體的結構支持體(matrix protein，基質蛋白質等；scaffold protein，支架蛋白質)等。