锚蛋白重复域

锚蛋白重复域（英语：Ankyrin Domain），更常被称为 锚蛋白重复序列（Ankyrin Repeat，简称 ANK Repeat），是一种广泛存在于所有三大生命域（细菌、古菌、真核生物）中的、由约33个氨基酸残基组成的蛋白质结构模体（Protein Structural Motif）。其名称来源于首次在锚蛋白（Ankyrin，一种连接细胞骨架与膜蛋白的衔接蛋白）中发现该结构。该重复单元通过串联重复，形成一种高度保守的、介导特异性蛋白质-蛋白质相互作用（Protein-Protein Interaction， PPI）的超二级结构。

1. 结构与特征

• 基本单元：单个ANK重复由两个反向平行的α螺旋（α-Helices）和一个连接环区构成，其中两个螺旋近乎平行，其长轴夹角约为20°。

• 堆叠结构：多个ANK重复（通常为2-7个，极端情况下可达30个以上）串联排列，通过重复单元间的非共价相互作用，堆叠形成一个具有曲度的螺旋状或梯状结构（Superhelical Structure），其内凹面由所有重复的环区组成，是主要的相互作用界面。

• 保守性：虽然序列一致性不高（通常低于40%），但其三维结构高度保守。每个重复中的特定疏水残基（Hydrophobic Residues）和甘氨酸（Glycine）在维持结构稳定性方面至关重要。

2. 功能与机制

• 核心功能：ANK重复结构域本身不具备酶活性，其主要功能是作为一个通用的、模块化的“分子粘合剂”，介导与其配体蛋白（Ligand Proteins）的紧密结合。

• 相互作用界面：靶蛋白通常结合在ANK重复结构域的内凹面上，通过与多个重复的环区及螺旋的保守残基形成广泛的氢键和范德华力网络，实现高亲和力与特异性。

• 多样性与适应性：由于每个重复的环区序列可变，不同ANK蛋白可识别并结合截然不同的靶蛋白，功能极其多样。

• 构象变化：部分ANK结构域在与配体结合时会发生构象调整，以优化相互作用。

3. 代表性蛋白与生理作用

ANK重复是自然界中最常见的蛋白质相互作用模块之一，存在于数千种功能各异的蛋白质中。

4. 临床与进化意义

• 疾病关联：ANK重复编码基因的突变与多种人类疾病相关，如遗传性球形红细胞增多症（锚蛋白-1突变）、多种癌症（p16等INK4家族成员失活）、神经发育障碍（如ANKRD11基因相关KBG综合征）。

• 分子工程：由于其结构稳定、易于设计，ANK重复被广泛用作构建人工结合蛋白（如DARPin）的骨架，应用于生物传感、治疗和基础研究。

• 进化保守性：该结构模体的古老性和广泛分布性，表明它是一种极其成功的、用于构建复杂蛋白质相互作用网络的进化工具。

参考文献

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