生物分子的进化和保守保守都具有重要意义。
生物分子的进化使得物种从低级到高级不断提高，从氨基酸、核苷酸等有机小分子物质形成了蛋白质、核酸等有机高分子物质，从有机高分子物质组成多分子体系，再形成细胞，随着生物分子继续进化，直到有性生殖的出现，极大的丰富了生物个体间的差异，同时生物界也获得了优异的基因。
同样，生物分子的保守对生物来说也具有不可或缺的作用，以细胞色素C为例，细胞色素C是一种具有104~112个氨基酸的多肽分子，对生物体相当重要，在所查的十几种生物中，如果以人的细胞色素C的一级结构为标准加以比较，可以发现人与黑猩猩的细胞色素C，其一级结构完全相同，与恒河猴相差一个氨基酸残基，与马相差12个氨基酸残基，与酵母相差44个氨基酸残基。从进化上看，细胞色素C是一种很保守的分子。据科学家统计，它的氨基酸顺序每200万年才发生1%的改变。正因为细胞色素C分子变化的缓慢和保守，所以它在进化中才能够被保留下来，生物界才有这个重要的分子。***如没有这种保守进化，一些生物分子就会消失。
由此可见生物进化和保守对生物界的发展都特别重要。
写在前面
本次分享一篇于2020年发表在 Cell 上的paper， “A Bacterial Effector Mimics a Host HSP90 Client to Undermine Immunity” ，第一单位是美国德州西南医学中心。主要讲述了细菌的Type 3效应子HopBF1，具有激酶活性，能够磷酸化宿主的HSP90(分子伴侣蛋白，促进蛋白质折叠，包括免疫受体和免疫激酶；***NLR的激活；且在多个物种中广泛存在)，使其失活，最终阻止了免疫受体的激活，从而达到促进侵染的目的。
作者首先通过生物信息学的方式 (通过蛋白质结构和催化活性断定为激酶，而不是根据一级序列来判断为激酶) 以及人工注鉴定到一个细菌中的T3SS效应子-HopF1。HopF1在许多革兰氏阴性菌中都有，包括动植物的一些致病菌或共生菌。
比较HopBF1的161个homolog发现，它具有保守的蛋白激酶残基，包括结合ATP的高度保守的Gly残基、经典激酶PkA的活性位点Asp(F1A)。爱文氏菌(人体致病菌)的HopBF1与PKA的RMSD(一个结构相似性参数)为3.2埃(F1CD)，通过对各部分结构进行比对和解读后发现，HopBF1具有最小的非典型激酶结构域。
由于HopBF1的大多数homolog都出现在丁香***单胞菌中，因此主要***用丁香***单胞菌来研究其功能。烟草中表达HopBF1及其活性突变形式(D154A,D169A)，在WT中表现出强烈的病斑坏死，而突变体缺没有(F2AB)。为了查明HopBF1在侵染过程中是否会造成组织坏死(文章里这个地方是用的cell death来表示，我个人觉得不妥，因为植物里的cell death通常是和HR联系在一起，这里明显是想看病斑的大小，可能跟作者主要做医学有关)，在无效应子的丁香***单胞菌中分别表达这三种形式，然后侵染拟南芥和烟草，发现同样的病斑坏死现象(F2CD)。体外和体内试验共同说明HopBF1的激酶活性对它在拟南芥、烟草中造成病害是重要的。
之前报道细菌的效应子通常靶向真核生物保守的信号成分，而酿酒酵母通常用作效应子靶向底物的鉴定。将HopBF1及其突变形式转入酿酒酵母中发现，转入正常形式造成生长缺陷(F3A)。为了鉴定HopBF1潜在的底物，将HopBF1及其突变形式与酵母提取物混合孵育，同位素示踪试验发现，正常形式的HopBF1在80kDa附近有明显的条带(F3B)。酵母中转入flag-HopBF1，IP-MS鉴定到80kDa附近的带是HSP82/HSC82(F3C)，是人的HSP90在酵母里面的homolog。Co-IP验证了其可以互作(F3D)。
体外磷酸化试验证明，HopBF1能磷酸化HSP82(F3E)，来自多种菌的HopBF1也能磷酸化HSP82(当然也有不能磷酸化的)，同样，丁香***单胞菌的HopBF1也能磷酸化小麦的HSP90和人的HSP90β(F3F)，但不能磷酸化E.coli和丁香***单胞菌的HSP90(F3G)。HopBF1的激酶活性似乎是特异的，因为它不能磷酸化通用磷酸化底物myBP和casein(F3H)。因此，HopBF1似乎是一个针对真核HSP90的激酶。
MS鉴定到HSP90的磷酸化位点是Ser99和Thr101(F4A).Ser99突变后，HSP90不能被磷酸化；Thr101突变后，磷酸化不受影响(F4B)。Ser99在HSP90家族是保守的，控制了HSP90和ATP的结合(F4 CD)。HopBF1与HSP90共孵育后或组成型激活形式的HSP90（S99E）减少了分子伴侣的ATP酶的功能，与HSP90抑制剂- geldanamycin发挥的作用一致(F4E)。
接下来作者想看HSP90分子伴侣的功能是否受磷酸化影响，在哺乳细胞***转HopBF1和两个HSP90客户(v-src(肿瘤酪氨酸激酶);内源免疫受体NLRP3)，发现v-src酪氨酸磷酸化水平和蛋白水平、NLRP3的蛋白水平都减少了(F4FG)。这也就说明，HopBF1磷酸化HSP90，磷酸化后的HSP90丧失了ATPase和分子伴侣功能。
作者为了探究HopBF1的催化功能，创造了多种突变体，其中离子对残基E74A突变后，HopBF1在酵母中的生长缺陷作用减弱(F4I)。在转入HopBF1的酵母中过表达HSP90不能恢复其生长缺陷，可能是因为HopBF1在催化方面起作用(F4H)。这些结果就说明HopBF1在酵母中引发的生长缺陷是磷酸化HSP90，让其失活的结果。
使用表达HopBF1及其活性突变形式的丁香***单胞菌侵染 过表达HSP90的烟草叶片，结果发现叶片在3天时出现病斑，6天扩大(F5A)。而表达 HSP90 S100F(磷酸化位点突变)或YFP 被丁香***单胞菌侵染，有显著减小的病斑(F5A)。过表达HSP90，而不是S100F加快了病斑的形成，这就说明提升HSP90的Ser100 水平也许对植物是有毒的。总之，这说明HSP90Ser100 在侵染过程中被HopBF1磷酸化。
植物中，NLR的激活，如RPM1，需要HSP90。 因此作者推断HopBF1失活HSP，阻止了RPM1的激活。瞬时表达RPM1 D505V(自激活形式)引发了HR(F5B)，共表达RPM1 D505V和HopBF1减少了HR。这就说明HopBF1通过磷酸化失活HSP90干扰了RPM1 D505V的激活，从而阻止了HR。
因为HopBF1和HSP90互作，所以想看看HopBF1是否能作为HSP90的“客户蛋白”。
在293细胞中表达HopBF1 D170A(失活形式),并用HSP90的抑制剂处理，发现293细胞系中抑制HSP90后，HopBF1 D170A的和v-src的蛋白水平都减少(F4A)。
真核生物中，HSP90一般共分子伴侣蛋白CDC91一同发挥作用，促进客户激酶的成熟。Co-IP发现，HSP90和CDC37与v-src互作，但是在HopBF1的IP产物中并没有检测到CDC37(F6B)。沉默CDC37后，影响了HSP90和v-src互作，但不影响HopBF1和HSP90的互作(F6C)。这就说明HopBF1与HSP90互作时并不需要CDC37.
客户蛋白激酶的αC-β4 loop在被HSP90识别时发挥重要作用，突变这个区域后(V89D )，发现HopBF1对酵母生长缺陷的表型极大减少了。在细菌中表达HopBF1 V89D，能检测到蛋白；而在哺乳细胞中表达HopBF1 V89D 时，WB并没有检测到，因为不适当地靶向HSP90会被蛋白酶体途径降解(F6E)，施加MG132后又能检测到蛋白，说明HopBF1 V89D确实被蛋白酶体途径降解了。
为了查明HopBF1 V89D在植物中的作用，在丁香***单胞菌中转入HopBF1正常形式和突变形式，然后侵染烟草，发现表达正常的HopBF1造成极大的组织坏死，而HSP90的互作突变体HopBF1 V88D或 活性突变体D169A并没有造成组织坏死，总的来说，HopBF1模拟作为HSP90的客户。
后记
1.对于HopF1的发现，使用的生物信息学工具还是蛮有意思的，后面如果有时间可以尝试复现一下。
3.酵母是个好兄弟，可以拿来做真核保守性的开胃菜；还能用其筛选保守的互作蛋白。
首先是每隔约18个氨基酸规则间隔的色氨酸残基，它们参与空间结构中疏水核心的形成。有时色氨酸残基会被某个芳香族氨基酸或疏水氡基酸所取代，尤其是在植物R2R3-MYB转录因子中，R3MYB结构域的第一色氨酸经常被亮氨酸、异亮氮酸或苯丙氨酸所取代。其次，在每个保守的色氨酸前后都存在一些高度保守的氨基酸，例如在第一个色氨酸的C-末端通常是一簇酸性氨基酸正是上述这些保守的氨基酸残基使MYB结构域折叠成螺旋-螺旋-转角-螺旋结构。
通过分离胸腺、肝或其他组织细胞的核，用去垢剂处理后再离心收集染色质进行生化分析，确定染色质的主要成分是DNA和组蛋白，还有非组蛋白及少量RNA。大鼠肝细胞染色质常被当作染色质成分分析模型，其中组蛋白与DNA含量之比近于1:1，非组蛋白与DNA之比是0.6:1，RNA与DNA之比为0.1:1。DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，非组蛋白与RNA的含量则随细胞生理状态不同而变化。 基因组
凡是具有细胞形态的生物其遗传物质都是DNA，只有少数病毒的遗传物质是RNA。在真核细胞中，每条未***的染色体包含一条纵向贯穿的DNA分子。狭义而言，某一生物的细胞中储存于单倍染色体组中的总遗传信息，组成该生物的基因组。真核生物基因组DNA的含量比原核生物高得多。
突变分析结果表明，并非所有基因都是细胞生存的必需基因，如酵母基因组有40%的基因属于非必需基因，果蝇基因组只有5000个必需基因，最小最简单的细胞支原体，有迄今发现的能独立生活的有机体的最小基因组（482个基因），其中只有256个必需基因。
类型
以人类基因组为例，生物基因组DNA可以分为以下几类。
1、蛋白编码序列。以三联体密码方式进行编码。编码DNA在基因组中所占比例随生物而异，在人类细胞基因组中，这一比例只有1.5%左右。这类编码序列主要是非重复的单一DNA序列，一般在基因组中只有一个拷贝（单一基因），然而，也有可能有两个或几个拷贝甚至多达上千个拷贝的情况，这些都来自于从基因家族里派生出来的重复基因或多基因。
2、编码rRNA、tRNA、snRNA和组蛋白的串联重复序列。它们在基因组中一般有20~300个拷贝，人类基因组中约含有0.3%这样的DNA。
3、含有重复序列的DNA。这类DNA在基因组中占有很大一部分。它们又可以分为两个亚类：简单序列DNA和散在重复序列。DNA转座子、LTR反转座子、非LTR反转座子和***基因都属于散在重复序列。非LTR反转座子包括短散在元件和长散在元件。典型SINE其长度少于500bp，如人和灵长类基因组中大量分散存在的Alu家族，人基因组中有50万~70万份Alu拷贝，相当于平均每隔4kb就有一个Alu序列；典型LINE其长度在6~8kb之间，如人基因组中L1家族，有100 000个L1拷贝。
4、未分类的间隔DNA。
5、高度重复DNA序列：
①卫星DNA，重复单位长5~100bp，不同物种重复单位碱基组成不同，一个物种也可能含有不同的卫星DNA序列。
②小卫星DNA，重复单位长12~100bp，重复3 000次之多，又称数量可变的串联重复序列，每个小卫星区重复序列的拷贝数是高度不变的，因此早前常用于DNA指纹技术作个体鉴定。研究发现小卫星序列的改变可以影响邻近基因的表达，基因的异常表达会导致一系列不良后效应。
③微卫星DNA，重复单位序列最短，只有1~5bp，串联成簇长度50~100bp。
二级结构
生物的遗传信息储存在DNA的核苷酸序列中，生物界物种的多样性也寓于DNA分子4种核苷酸千变万化的排列之中。DNA分子不仅一级结构具有多样性，而且二级结构也具有多态性。所谓二级结构是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。DNA二级结构构型分3种：
①B型DNA（右手双螺旋DNA），是“经典”的Watson-Crick结构，二级结构相对稳定，水溶液和细胞内天然DNA大多为B型DNA；
②A型DNA（右手双螺旋DNA），是一般B型DNA的重要变构形式，其分子形状与RNA的双链区和DNA/RNA杂交分子很相近；
③Z型DNA（左手双螺旋DNA），也是B型DNA的变构形式。
3种构型DNA中，特别是大沟的特征在遗传信息表达过程中起关键作用，基因表达调控蛋白都是通过其分子上特定的氨基酸侧链与沟中碱基对两侧潜在的氢原子供体（═NH）或受体（O和N）形成氢键而识别DNA遗传信息的。由于大沟和小沟中这些氢原子供体和受体各异以及排列不同，所以大沟携带的信息要比小沟多。此外，沟的宽窄及深浅也直接影响碱基对的暴露程度，从而影响调控蛋白对DNA信息的识别。B型DNA是活性最高的DNA构型，变构后的A型DNA仍有较高活性，变构后的Z型DNA活性明显降低。
此外，DNA双螺旋能进一步扭曲盘绕形成特定的高级结构，正、负超螺旋是DNA高级结构的主要形式。DNA二级结构的变化与高级结构的变化是相互关联的，这种变化在DNA***、修复、重组与转录中具有重要的生物学意义。 与染色质DNA结合的蛋白负责DNA分子遗传信息的组织、***和阅读。这些DNA结合蛋白包括两类：一类是组蛋白，与DNA结合但没有序列特异性；另一类是非组蛋白，与特定DNA序列或组蛋白相结合。
组蛋白
组蛋白是构成真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，等电点一般在pH10.0以上，属碱性蛋白质，可以和酸性的DNA紧密结合，而且一般不要求特殊的核苷酸序列。
用聚丙烯酰胺凝胶电泳可以区分5种不同的组蛋白：H1、H2A、H2B、H3和H4。几乎所有真核细胞都含有这5种组蛋白，而且含量丰富，每个细胞每种类型的组蛋白约6×10个分子。5种组蛋白在功能上分为两组：
①核小体组蛋白。包括H2A、H2B、H3和H4。这4种组蛋白有相互作用形成复合体的趋势，它们通过C端的疏水氨基酸互相结合，而N端带正电荷的氨基酸则向四面伸出以便与DNA分子结合，从而帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构。这4种组蛋白没有种属及组织特异性，在进化上十分保守，特别是H3和H4是所有已知蛋白质中最为保守的。从这种保守性可以看出，H3和H4的功能几乎涉及它们所有的氨基酸，任何位置上氨基酸残基的突变可能对细胞都将是有害的。
②H1组蛋白。其分子较大。球形中心在进化上保守，而N端和C端两个“臂”的氨基酸变异较大，所以H1在进化上不如核小体组蛋白那么保守。在构成核小体时H1起连接作用，它赋予染色质以极性。H1有一定的种属及组织特异性。在哺乳类细胞中，组蛋白H1约有6种密切相关的亚型，氨基酸顺序稍有不同。在成熟的鱼类和鸟类的红细胞中，H1 为H5取代。有的生物如酵母缺少H1，结果酵母细胞差不多所有染色质都表现为活化状态。
非组蛋白
非组蛋白主要是指与特异DNA序列相结合的蛋白质，所以又称序列特异性DNA结合蛋白（sequence specific DNA binding protein)。利用凝胶延滞实验（gel retardation assay）,可以在细胞抽提物中进行检测。首先制备一段带有放射性标记的已知特异序列的DNA，将要检测的细胞抽提物与标记DNA混合，进行凝胶电泳。未结合蛋白的自由DNA在凝胶上迁移最快，而与蛋白质结合的DNA迁移慢，一般结合的蛋白质分子越大，DNA分子的延滞现象越明显，然后通过放射自显影分析，即可发现一系列DNA带谱，每条带分别代表不同的DNA-蛋白质复合物。每条带相对应的结合蛋白随后再通过细胞抽提物组分分离方法被进一步分开。
特性
①酸碱性：组蛋白是碱性的，而非组蛋白则大多是酸性的。
②多样性：非组蛋白占染色质蛋白的60%~70%，不同组织细胞中其种类和数量都不相同，代谢周转快。包括多种参与核酸代谢与修饰的酶类如DNA聚合酶和RNA聚合酶、HGM蛋白（high mobility group protein）、染色体支架蛋白、肌动蛋白和基因表达蛋白等。
③特异性：能识别特异的DNA序列，识别信息来源于DNA核苷酸序列本身，识别位点存在于DNA双螺旋的大沟部分，识别与结合靠氢键和离子键。在不同的基因组之间，这些非组蛋白所识别的DNA序列在进化上是保守的。这类序列特异性DNA结合蛋白具有一个共同特征，即形成与DNA结合的螺旋区并具有蛋白二聚化的能力。
④功能多样性：虽然与DNA特异序列结合的蛋白质在每一个真核细胞中只有10 000个分子左右，约占细胞总蛋白的1/50 000，但具有多方面的重要功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成。如帮助DNA分子折叠，以形成不同的结构域；协助启动DNA***，控制基因转录，调节基因表达等。
结构模式
虽然非组蛋白种类众多，但是根据它们与DNA结合的结构域不同，可分为不同的家族。
①α螺旋-转角-α螺旋模式（helix - turn - helix motif）
这是最早在原核基因的激活蛋白和阻抑物中发现的。迄今已经在百种以上原核细胞和真核生物中发现这种最简单、最普遍的DNA结合蛋白的结构模式。这种蛋白与DNA结合时，形成对称的同型二聚体（symmetric homodimer）结构模式。构成同型二聚体的每个单体由20个氨基酸的小肽组成α螺旋-转角-α螺旋结构，两个α螺旋相互连接构成β转角，其中羧基端的α螺旋为识别螺旋（recognition helix），负责识别DNA大沟的特异碱基信息，另一个α螺旋没有碱基特异性，与DNA磷酸戊糖链骨架接触。这种蛋白在与DNA特异结合时，以二聚体形式发挥作用，结合靠蛋白质的氨基酸侧链与特异碱基对之间形成氢键。
②锌指模式（zinc finger motif）
负责 5S RNA、tRNA 和部分 snRNA 基因转录的RNA聚合酶Ⅲ所必须的转录因子。TFⅢ A 是首先被发现的锌指蛋白，由344个氨基酸组成。TFⅢ A 含有9个有规律的锌指重复单位，每个单位30个氨基酸残基，其中一对半胱氨酸和一对组氨酸与Zn2+形成配位键。每个锌指单位是一个DNA结合结构域（DNA-binding domain），每个锌指的 C 末端形成α螺旋负责与DNA结合。这类Cys2/His2锌指单位的共有序列（consensus sequence）是：Cys - X2~4 - Cys - X3 - Leu - X2 - His - X3 - His。哺乳类转录因子 SP1 也有类似的锌指结构，由三个锌指单位组成。另一类锌指蛋白含两对半胱氨酸，而不含组氨酸，如哺乳类细胞的甾体类激素受体蛋白。这类Cys2/Cys2锌指单位的结合Zn2+的共有序列是：Cys - X2 - Cys - X13- Cys - X2- Cys。不同的锌指识别不同的碱基序列，因为不同锌指的氨基酸组成不一样。
③亮氨酸拉链模式（leucine zipper motif，ZIP）
在构建转录复合物过程中，普遍涉及蛋白与蛋白之间的相互作用，形成二聚体是识别特异DNA序列蛋白的相互作用的共同原则，亮氨酸拉链就是富含Leu残基的一段氨基酸序列所组成的二聚化结构。这类序列特异性DNA结合蛋白家族，包括酵母的转录激活因子（GCN4）、癌蛋白Jun、Fos、Myc以及增强子结合蛋白（enhancer binding protein，C/EBP）等。所有这些蛋白的肽链羧基端约35个氨基酸残基有形成α螺旋的特点，每两圈（7个氨基酸残基）有一个亮氨酸残基。这样，在α螺旋一侧的Leu排成一排，两个蛋白质分子的α - 螺旋之间靠Leu残基之间的疏水作用力形成一条拉链状结构。这类蛋白与DNA的特异结合都是以二聚体形式起作用的，但与DNA结合的结构域是拉链区相邻的肽链 N 端带正电荷的碱性氨基酸区。
④螺旋-环-螺旋结构模式（helix - loop - helix motif，HLH）
HLH这一结构模式广泛存在于动、植物DNA结合蛋白中。HLH由40~50个氨基酸组成两个***α螺旋，两个α螺旋中间被一个或几个β转角组成的环区所分开。每个α螺旋由15~16个氨基酸残基组成，并含有几个保守的氨基酸残基。具有疏水面和亲水面的***α螺旋有助于二聚体的形成。α螺旋邻近的肽链 N 端也有带正电荷的碱性氨基酸区与靶DNA大沟结合。具有螺旋-环-螺旋结构的蛋白家族成员之间形成同源或异源二聚体是这类蛋白与DNA结合的必要条件，缺失α螺旋的二聚体不能牢固结合DNA。
⑤HMG框结构模式（HMG-box motif）
在发现一组丰富的高速泳动族蛋白（high mobility group protein）以后，首先命名HMG框结构模式。该结构由3个α螺旋组成 boomerang-shaped 结构模式，具有弯曲DNA的能力。因此，具有HMG框结构的转录因子又称为“构件因子（architectural factor）”，它们通过弯曲DNA、促进与邻近位点相结合的其他转录因子的相互作用而激活转录。SRY是一种HMG蛋白，在人类男性性别分化中具有关键作用，HMG蛋白由Y染色体上一个基因编码，在诱导睾丸分化途径中一些相关基因的转录活性被HMG蛋白所激活。
比如说人血红蛋白的氨基酸序列和猴子的血红蛋白氨基酸序列差不了多少
就是说这种蛋白在进化中是高度保守的(不怎么变),通过他们的比较我们可以确定人类与其它物种亲缘关系的远近~
当然蛋白质的氨基酸序列是由基因决定的
补充,反驳一下楼上的:1 分子人类学研究方法及原理
分子人类学这一概念最早于1962年由Sarich和Wilson用不同结构的生物分子研究人类进化时提出[1]，指的是通过分子生物学手段对不同人群中同源蛋白质、核酸等生物大分子进行序列分异度比对来研究人类的起源和进化等人类学问题的方法。在分子人类学研究早期，由于针对核酸研究的分子生物学实验技术和有关数据库还处于探索和构建阶段，蛋白质是当时分子人类学研究中的主要载体
早在20世纪初，Reichert和Brown[2]比较分析了不同纲目生物的血红蛋白序列，发现血红蛋白序列的差异与物种之间亲缘关系的远近有着直接联系
根据芋螺毒素基因及其前体蛋白信号肽的保守性，可将芋螺毒素分为A、O、T、M、P、I等多个超家族。α、αA、κA属于A-超家族，ω、δ、κ、μO属于O-超家族，μ、ψ、ΚM属于M-超家族。O-超家族芋螺毒素（半胱氨酸模式C-C-CC-C-C）主要作用于电压门控离子通道（又称电压敏感性通道），包括Ca2+离子通道、Na+离子通道和K+离子通道等。作用于Ca2+离子通道的只有O-超家族的ω-芋螺毒素。在此基础上，根据每个成员保守的半胱氨酸骨架，结合其药理学活性，将之进一步分为若干个家族，按其作用靶位的不同又可将其分为α、αΑ、δ、ε、γ、κ、λ、λ/χ、μ、μO、ρ、σ、ω、ψ等若干个家族。例如：O-超家族，包括ω-、μO-、δ-和κ-芋螺毒素；T-超家族，包括τ-和χ-芋螺毒素；A-超家族，包括α-、αA-和κA-芋螺毒素等。另外，还有一类不含二硫键或者仅一对二硫键的芋螺肽（conopeptide），由于数量少且种属的分布相对稀少，通常直接在其名称后面直接加一个或两个字母来表明其种属来源，如contryphan-R，conantokin-G等。而δ-、μ-、μO-芋螺毒素作用于不同亚型的钠通道，分别属于O、M超家族，统称为钠通道芋螺毒素。δ-芋螺毒素延缓钠流的钝化速度，延长动作电位的持续时间。μ-芋螺毒素分为作用于河豚毒素敏感型（TTX-S）与不敏感型（TTX-R）两类，尤其是TTX-R型μ-芋螺毒素，序列短，活性高，选择性强，已证实具有显著的镇痛效果。 A-超家族芋螺毒素主要包括α-、αA-和κA-芋螺毒素，通常由10~30个氨基酸组成，含有两对或三对二硫键，且含有两对二硫键的α-家族芋螺毒素都是按照1-3，2-4的配对方式形成loop框架的。因为只有这种配对方式才能够使多肽分子骨架形成“ω”形的稳定的二级结构，才是多肽毒素分子热力学最稳定的构象。三个家族中，其中两个（α-、αA-芋螺毒素）可以选择性作用于nAChR，作为nAChR受体的竞争性拮抗剂；而κA-芋螺毒素则主要作为阻断剂作用于电压敏感型钾离子通道。
A-超家族芋螺毒素的cDNA序列分析发现，它们的信号肽序列具有很高的同源性，而前体肽序列在同一家族中也具有很高的保守性，成熟肽区则显示异性，但是各家族的二硫键骨架结构仍然相对保守。但就整个A-超家族芋螺毒素来说，它不像其他超家族芋螺毒素具有完全相同的二硫键骨架结构，在其三个家族中，α-芋螺毒素具有CC-C-C骨架结构，而αA-和κA-芋螺毒素具有完全不同的二硫键骨架结构CC-C-C-C-C，这些结构上的差异也直接导致了他们在生理功能上也有明显的分化和不同。
α-芋螺毒素是A-超家族芋螺毒素中分布最广、丰度最高的家族，它们是一些12~30AA的小肽，通常含两个二硫键，有20种α-芋螺毒素的一级结构得到了确证，分别来自不同的芋螺种。α-芋螺毒素是神经或肌肉乙酰胆碱受体的抑制剂。而一种芋螺中同时可能含有6种以上的α-芋螺毒素，其靶位分子均为nAChR受体。已知不同生物物种或同一种物种体内均存在多种nAChR受体亚型，某些生物体内nAChR受体亚型可达16种之多。为了适应此种生态环境，α-芋螺毒素的分子结构不断进化，其二硫键间的loop环框架与氨基酸组成发生变异。单个氨基酸取代即可提高α-芋螺毒素对某一nAChR受体亚型的选择性100倍以上。多样性的α-芋螺毒素可以显著提高芋螺捕食不同生物的能力。
对α-EI的NMR结构研究表明，尽管α-EI的结构骨架与其他已知的α4/7芋螺毒素比较吻合，但是其表面电荷分布和部分表面基团位置与α-GI十分相似，也许正是这种分布造成了其对肌肉型nAChR的作用。由此推测毒素对受体亚型的选择性也受到毒素表面电荷和基团的影响。
A-超家族芋螺毒素能选择性阻断nAChRs的某种亚型，使它们可作为鉴定nAChRs及其亚基的有效工具。如：α-CTxMI能特异性结合肌肉型nAChRs的α1δ亚基，而α-CTxMII选择性作用于神经型nAChRs的α3β2亚基。在药理学方面，A-超家族还作为镇疼药物已进入临床研究，Livett等发现的芋螺毒素ACV1具有比***和Ziconotide（一种由ω-CTxMVIIA开发的镇痛药物）药效更强和持续时间更长的镇痛效果。它属于α-CTx家族，可能是通过阻断外周初级传入神经元的nAChRs而发挥止痛作用，其给药方便，可肌肉注射或皮射，同时也无***的成瘾性和Ziconotide引起的一些副反应（如便秘、呼吸抑制等），极有望开发成为新型高效止痛药物。同时也有望开发成用于治疗焦虑症、帕金森氏病、肌肉紧张和高血压等病症的药物。A-超家族芋螺毒素在探讨毒理药理机制、疾病病因和建立新药物靶位方面均可发挥不可替代的特殊作用。如κA-芋螺毒素对钾离子通道作用位点的阐明对研究治疗心血管系统疾病可能提供新的途径。Codignola等研究表明，α-CTx能结合并阻断小细胞肺癌表面相关的nAChR受体，在小细胞肺癌的诊断和治疗中有潜在价值，这将是CTx的又一个研究领域。 根据芋螺毒素作用于生物体内的不同靶位可分为3类：（1）作用于电压门控离子通道的CTX，电压门控离子通道又称电压敏感性通道，常以通透离子（如Na+，K+，Ca2+等）命名。（2）作用于配体门控离子通道的CTX，包括烟碱受体、5-HT3受体、NMDA受体。配体门控通道又称化学门控通道或递质依赖性通道，后者按相应的受体命名。（3）作用于其他受体的CTX，CTX除了作用于离子通道以外，还有以G-蛋白为靶标的，如：芋螺加压素和芋螺惰性素，以及2种磷脂（conodipine M和PLA2），它们基本上不含有二硫键。按其作用的受体靶可将芋螺毒素分为α、ω、μ、δ等多种亚型。
芋螺毒素质谱图册参考资料。
所有的芋螺毒素具有几个共同的结构基序，然而在不同的芋螺种中，芋螺肽的序列差异极为显著。按照芋螺毒素的二硫键框架及高度保守的信号肽序列，芋螺毒素可分为若干个超家族，如A、M、O、P、I、S、T等，其中A家族芋螺毒素又分为α-，αA-，κA-三个亚家族。大约一半的已知神经元特异性α-芋螺毒素的三维结构已经确定，其折叠方式也已有共识———由两个保守二硫键支撑的螺旋区域。这些二硫键使α-芋螺毒素具有两个闭环框架特征，半胱氨酸残基和二硫键的缔结方式在整个序列中是不变的，构成了二环的基本框架。α-芋螺毒素共有的主要氨基酸序列中半胱氨酸残基的排列：CCXmCXnC（C代表半胱氨酸，Xm和Xn为非半胱氨酸残基的数量）。一般在上述序列中1/3和2/4半胱氨酸之间形成二硫键。半胱氨酸残基之间氨基酸的数量将α-芋螺毒素分成不同的亚型。这些亚型包括α3/5-、α4/3-和α4/7-芋螺毒素，分别以2/3和3/4半胱氨酸残基之间氨基酸的数目命名。α3/5-芋螺毒素（CCX3CX5C，如α-GI和MI）拮抗脊椎动物肌肉nAChRs，α4/7-芋螺毒素（CCX4CX7C，如α-MII）对脊椎动物神经nAChRs具有特异的选择性和亲和力。α4/3-芋螺毒素（CCX4CX3C，如α-ImI和α-RgIA）对同聚肽神经nAChRs（α7-α10亚基）和杂聚肽α9α10nAChRs亚基有拮抗作用，而来自Conus purpurascens的α-芋螺毒素PIB（α-PIB）是一种α4/4-芋螺毒素（CCX4CX4C）对脊椎动物神经肌肉nAChRs有高亲和性和抑制活性。
芋螺毒素色谱图册参考资料。 芋螺毒素(Cys残基排列方式-C-C-CC-C-C-)肽链由24~31个氨基酸组成，分别含有3对二硫键成4-Loop框架。Marian Price-Carter等研究了ω-芋螺毒素MVIIA中二硫键对该毒素的稳定性和肽段折叠的影响，发现每个二硫键均对毒素的稳定构象有重要贡献，缺少任何一个二硫键都会导致毒素变成不规则的二级结构，大幅度降低与钙通道的结合能力，并变得更容易被还原。已利用NMR技术获得了MVIIA，GVIA，MVIIC，MVIID，SVIB，SO3和TxⅦ等ω-芋螺毒素的溶液构象，这些芋螺毒素的整体构象都十分相似，在空间上表现为由3股被转角连接的反平行β-片层所组成，具有稳定的抑制剂半胱氨酸绳结模体的结构，这种保守的结构正是芋螺毒素能作用于钙离子通道上的宏位点的基础，所不同的只是β-片层的长度和β-转角的类型。芋螺毒素的多样性及与受体结合的高特异性是由于Loop区核苷酸序列高变的结果，ω-芋螺毒素对钙离子通道亚型的选择性也正是因为分子中4个Loop区氨基酸序列的异。虽然各种ω-CTX的同源性都比较低，但通常第13位是保守的Tyr残基，在第5位是保守的Gly残基，并且通常含有4~6个碱性氨基酸。
利用核磁共振光谱法可以确定多种芋螺毒素的三维结构。这些小肽很难形成结晶，但也有几种小肽可以通过X-射线晶体法分析其结构，如具有神经肌肉活性的芋螺毒素GI可以通过这两种方法分析其结构。尽管芋螺毒素是一种小肽，但是它们却能折叠成精细的结构。根据这些结构特征，有可能确定它们一致的结构特征。这些结构上的特性明显受到二硫键的缔结方式和围绕第3个半胱氨酸的一个螺旋区域的限制，这种螺旋的典型特征是覆盖第5~12位的残基。环1（Loop 1）的折叠方式是高度保守的，包括螺旋的第一个转角。主要的差别发生在环2（Loop 2），最为直观的表现就是该环包含的残基数是不等的。然而，即使是在残基数相等的情况下，在4/7型的芋螺毒素中，环1比环2有更好的重叠程度。在这种情况下，结构的差异显然是与氨基酸残基的序列多样性相关而不是氨基酸残基的数量。因此，环2的序列多样性导致了芋螺毒素的多样性，使其对神经元nAChRs具有特异选择性。对具有神经元活性的芋螺毒素进行活性结合实验，有助于研究神经元nAChRs的多样性和受体特异选择性，也可能获得治疗神经性疾病的药物。
研究发现，毒素分子内部可以自发或经二价阳离子诱发而形成α螺旋结构，Gla在这个过程中起重要作用。在Mg2+-Con-G复合体中，一个Mg2+被Gla3、4、7提供的氧原子稳定，第二个Mg2+与Gla7提供的氧原子相作用，第三个Mg2+与Gla10、14提供的氧原子结合，也即Con-G中存在3个Mg2+结合位点；而Con-T分子内仅有一个Mg2+结合位点。一般认为，生物分子的二级结构能够影响其活性。而研究发现，α螺旋含量与Con-T及各种类似物活性之间并无相关性。放射性配体结合实验也未发现Con-G、Con-R分子α螺旋含量与其活性存在严格相关性。***用微孔膜通透实验研究二级结构的改变对Con-G微孔表观渗透性的影响。结果表明，在Con-G溶液中加入Ca2+，增加其α螺旋结构并未显著改变Con-G在微孔合成膜上的表观渗透性。因此，分子二级结构的改变不会对其NMDA受体拮抗活性产生显著影响，但以上结论仅适用于体外试验，还没有整体动物试验证明该观点成立。
