蛋白質相似結構元(Protein Motif)的重要性

1.2.1 何謂 Protein Motif？

蛋白質相似結構元(Motif)目前並無統一的定義，但大致上蛋白質不同子領 域的科學家、生物學家對其有著共同的認知，所謂的 Motif 是描述蛋白質某個特 定觀點的具有相同或類似功能的小單位。蛋白質雖然看似複雜，細究之下實為有 規則性存在。生物學家將這些存在的規則性統一歸納以便更深入的研究或是作為 其他應用。其中，Motif 可以就蛋白質功能、結構及序列三方面大致分類。

以結構的角度來觀察，雖然不同的蛋白質有不同的結構，但若將蛋白質分解 為數個小立體結構，可以發現不同的蛋白質會有相同或相似的子結構，二級結構 的α 螺旋及β褶板是最典型的例子。

Motif 就功能面來觀察，蛋白質是維持生物體運作的最重要物質，不同的蛋 白質有各自不同的功能，各司其職且又彼此互相合作完成生物體中的代謝、生 殖、生長、活動等等。單一生物活動通常需要大量不同功能的蛋白質參與，由於 分工細膩，這群蛋白質中會有部分蛋白質是會具有非常相似或相同的功能；又，

不同物種生物體上也會有著相同或相似的生化功能。這些負責著相似或相同生化 功能的不同蛋白質，雖然立體結構或胺基酸序列不一定相同，就功能面上它們也 可以歸類於同一分群。

就胺基酸序列而言是最單純的。單純觀察胺基酸序列上胺基酸的排序，某些 在蛋白質演化過程中屬於近親的兩蛋白質通常會有相似的胺基酸序列，縱使不是 近親的兩個蛋白質，也是有片段序列相似的可能性存在。

1.2.2 Protein Motif 的重要性

分析蛋白質功能、結構、或是最單純的胺基酸序列，往往是成本非常高昂的。

例如，蛋白質結構的解構主要是以核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 與X-ray 晶體繞射技術(X-ray Diffraction)實驗測量出來的。雖然實驗的技術不斷 進步，但不管是時間或金錢實驗成本仍然很高，無法做大規模的蛋白質結構測 量；另外又如蛋白質的功能，往往必須是透過大量實驗或是臨床應用等等實務經 驗的累積，才能知曉其確切功能。在這種情況下，有許多學者希望能透過其他較 便宜、快速的方法來推斷新蛋白質功能與結構，或是更深入了解研究中的蛋白 質。因此，Protein Motif 的出現便提供了生物學家很好的解決之道。往後面對新 發現或是人工合成的蛋白質，便可以根據這些歸納出來找到的Motif 快速地對該 蛋白質有初步預估及認識。

1.2.3 Protein Motif 研究的困難處

相較於基因體定序研究，蛋白質體的議題到目前為止仍是非常複雜難解的。

蛋白質由胺基酸序列構成最基本元素，胺基酸不同的順序構成了不同的立體空間 結構，不同的結構有著不同的生物化性，三者彼此息息相關但其相關性卻又不容 易清楚界定。相似的胺基酸序列可能有著不同的立體結構，相似的立體結構也有 可能有著不同的生物化性，換個角度來看，相似的生物化性可能有著不同的立體 結構，不同的立體結構也有可能有著不同的胺基酸序列。三者之間的關聯性沒有 絕對的規則可循，就算是勉強歸納出規則，卻往往有著太多的例外。

三者之間微弱的關係造成了複雜且難以解決的研究議題。圖1-2 為三種不同 層面的Motif 之間的關聯圖；

圖1-2 Motifs in Protein Analysis

出自：http://www.ii.uib.no/~inge/talks/ebi-nov-99/sld009.htm