蛋白質結構域

蛋白質結構域（英語：protein domain）是蛋白質多肽鏈中具有特異結構和獨立功能的區域，能自穩定，獨立於其他區域摺疊，其構成蛋白質三級結構的基本單元。

丙酮酸激酶，具有三個結構域的一種蛋白質(PDB 1PKN).

每個結構域形成一個緊湊的摺疊三維結構。許多蛋白質由幾個結構域組成，而一個結構域可能出現在各種不同的蛋白質中。有些球形蛋白的一條肽鏈，或以共價鍵相連的兩條或多條肽鏈在空間結構上可以區分為若干個球狀的子結構，其中的每一個球狀子結構就被稱為一個結構域。

同一個蛋白的各個結構域之間是以肽鏈相互鏈接的，而鏈接兩個蛋白質結構域的絕大多數都是單股肽鏈，只有在極個別的情況下會有少數的雙股肽鏈聯繫不同的結構域。在X射線晶體學衍射實驗繪製的電子密度圖中，可以清楚地看到有些球狀蛋白地的部存在一些裂隙，這些裂隙就是各個結構域之間的鏈接部分，蛋白質結構域之間的鏈接雖然是鬆散的，但他們仍然屬於同一條肽鏈，靠肽鏈鏈接這一點和蛋白質的各個亞基之間依靠非鍵相互作用維繫結構有着本質的區別。

蛋白質結構域在空間上具有臨近相關性：即在蛋白質一級結構上相互臨近的氨基酸殘基，在蛋白質結構域的三維空間結構上也相互臨近，在蛋白質一級結構上相互遠離的氨基酸殘基，在蛋白質結構域的空間結構上也相互遠離，甚至分別屬於不同的蛋白質結構域。

蛋白質結構域與蛋白質完成生理功能有着密切的關係，有時幾個結構域共同完成一項生理功能，有時一個結構域就可以獨立完成一項生理功能，但是一個結構不完整的蛋白質結構域是不可能產生生理功能的。因此蛋白質結構域是蛋白質生理功能的結構基礎，但必須指出的是，雖然蛋白質結構域與蛋白質的功能關係密切，但是蛋白質結構域和功能域的概念並不相同。

背景

結構域（domain）的概念首先在1973年由Wetlaufer在研究母雞溶菌酶^[1]和木瓜蛋白酶^[2]的X射線晶體學研究和對有限的免疫球蛋白的蛋白水解研究後提出^[3][4]。 Wetlaufer將結構域定義為可以自主摺疊的蛋白質結構的穩定單位。 在過去，結構域曾被描述為以下的單位：

• 緊湊結構^[5]
• 功能和演化^[6]
• 摺疊^[7]

每個定義是有效的並且經常重疊，即在多種蛋白質之間發現的緊密結構域可能在其結構環境內獨立摺疊。在自然中，通常將幾個結構域結合在一起以形成具有大量可能性的多結構域和多功能蛋白質^[8]。在多結構域蛋白中，每個結構域可以獨立地或以與其鄰居協同的方式實現其自身的功能。 結構域可以用作構建大組裝體如病毒顆粒或肌肉纖維的模塊，或者可以提供在酶或調節蛋白中發現的特異性催化或結合位點。

蛋白質結構域類型

• 全alpha 結構域 是由α螺旋和蛋白質結構環連接而成。而相對的全beta結構域是只含有不重複的beta摺疊構成。混合alpha/beta是指含有螺旋-轉角-螺旋這類結構模體的超二級結構的結構域，alpha+beta 結構域含有alpha 螺旋和beta 摺疊二級結構且沿着肽鍵排列。

蛋白質結構域的例子

• EF手: 是在信號傳送鈣調蛋白的所有結構域和肌肉蛋白質肌鈣蛋白C中發現的一種螺旋-轉角-螺旋結構域。
• Src同源2結構域: SH2結構域通常在信號轉導蛋白中發現。 SH2結構域賦予與磷酸化酪氨酸（pTyr）結合。 命名為src病毒癌基因的磷酸酪氨酸結合結構域，其本身是酪氨酸激酶。 參見：SH3結構域。
• 鋅手指DNA結合結構域（ZnF_GATA）：含有ZnF_GATA結構域的蛋白質通常是通常與啟動子的DNA序列[AT]GATA[AG]結合的轉錄因子。

參考文獻

1. Phillips DC. The three-dimensional structure of an enzyme molecule. Scientific American. 1966, 215 (5): 78–90. PMID 5978599. doi:10.1038/scientificamerican1166-78.
2. Drenth J, Jansonius JN, Koekoek R, Swen HM, Wolthers BG.; Jansonius; Koekoek; Swen; Wolthers. Structure of papain. Nature. 1968, 218 (5145): 929–32. Bibcode:1968Natur.218..929D. PMID 5681232. doi:10.1038/218929a0.
3. Porter RR. Structural studies of immunoglobulins. Science. 1973, 180 (4087): 713–6 [2017-03-18]. Bibcode:1973Sci...180..713P. PMID 4122075. doi:10.1126/science.180.4087.713. （原始內容存檔於2020-04-13）.
4. Edelman GM. Antibody structure and molecular immunology. Science. 1973, 180 (4088): 830–40. Bibcode:1973Sci...180..830E. PMID 4540988. doi:10.1126/science.180.4088.830.
5. Richardson J. S. The anatomy and taxonomy of protein structure. Adv Protein Chem. 1981, 34: 167–339 [2017-03-18]. PMID 7020376. doi:10.1016/S0065-3233(08)60520-3. （原始內容存檔於2019-02-10）.
6. Bork P. Shuffled domains in extracellular proteins. FEBS Lett. 1991, 286 (1–2): 47–54. PMID 1864378. doi:10.1016/0014-5793(91)80937-X.
7. Wetlaufer DB. Nucleation, rapid folding, and globular intrachain regions in proteins. Proc Natl Acad Sci USA. 1973, 70 (3): 697–701. Bibcode:1973PNAS...70..697W. PMC 433338 . PMID 4351801. doi:10.1073/pnas.70.3.697.
8. Chothia C. Proteins. One thousand families for the molecular biologist. Nature. 1992, 357 (6379): 543–4. Bibcode:1992Natur.357..543C. PMID 1608464. doi:10.1038/357543a0.

參見

• 生物學主題
• 分子與細胞生物學主題

• 蛋白質
  • 蛋白質結構
  • 蛋白質結構預測
  • 蛋白質結構預測軟件列表（英語：List of protein structure prediction software）
  • 蛋白質家族
  • 蛋白質超家族
  • 功能域
• 結構生物學
• 蛋白質數據庫結構分類（英語：Structural Classification of Proteins database）