人朊病毒蛋白及其突变体的溶剂可及性和模拟分析

朊病毒是一种全新类型的致病因子,以一种全新的致病机制造成许多神经退化性疾病.它的致病性主要由于PrPC向PrPSc构象转变而造成.为了探讨PrPC向PrPSc转变过程中PrP分子构象变化的机制, 我们计算分析了人天然PrP分子及不同的单残基突变体(如M166V,S170N,E200K和R220K)的氨基酸残基溶剂可及性, 并对天然PrP分子及其突变体进行了结构重叠模拟和RMS偏量分析.结果表明由于166位等单个残基的突变, 造成PrP突变体与天然蛋白的局部结构出现较大差别, 使得部分残基的溶剂可及表面积发生了较大变化, 并且部分残基改变了它们的位置, 同时也影响蛋白质表面的电荷分布, 这些改变是为了更好地适应次级相互作用的局部环境.分析表明PrP与一般球蛋白在性质上有一定的差异, 说明PrP分子并不是一种稳定的球蛋白结构, 只是一种折叠中间物.     

人朊病毒蛋白及其突变体的溶剂可及性和模拟分析

朊病毒是一种全新类型的致病因子,以一种全新的致病机制造成许多神经退化性疾病。它的致病性主要由于PrP^C向PrP^Sc构象转变而造成。为了探讨PrP^C向PrP^Sc转变过程中PrP分子构象变化的机制,我们计算分析了人天然PrP分子及不同的单残基突变体(如M166V,S170N,E200K和R220K)的氨基酸残基溶剂可及性,并对天然PrP分子及其突变体进行了结构重叠模拟RMS偏量分析。结果表明：由于166位等单个残基的突变,造成PrP突变体与天然蛋白的局部结构出现较大差别,使得部分残基的溶剂可及表面积发生了较大变化,并且部分残基改变了它们的位置,同时也影响蛋白质表面的电倚分布,这些改变是为了更好地适应次级相互作用的局部环境。分析表明PrP与一般球蛋白在性质上有一定的差异,说明PrP分子并不是一种稳定的球蛋白结构,只是一种折叠中间物。     

肿瘤坏死因子与其受体相互作用的计算机模拟研究

利用同源模建方法,以ＴＮＦＲ５５受体胞外区的晶体结构为参考模板,预测了ＴＮＦＲ７５受体胞外区Ｃｙｓ１８～Ｐｈｅ１４７片段的三维结构．根据Ｒ５５受体胞外区与ＬＴ相结合的复合物的晶体结构,预测了ＴＮＦ与Ｒ５５及Ｒ７５胞外区的复合物的三维结构,模拟了ＴＮＦ与受体之间的相互作用．由于ＴＮＦ与受体的作用形式是三聚体对三聚体,因此在模拟ＴＮＦ与受体相互作用时选择了包括一个非对称的ＴＮＦ三聚体和一个受体（Ｒ５５或Ｒ７５）单体的模拟系统．结合已有的突变体实验结果,利用计算机模拟分析手段,发现了一些ＴＮＦ突变体之所以具有受体选择性的三维结构基础和发挥了关键作用的氨基酸残基以及这些残基之间的主要作用形式．研究深化了对已有的突变体实验结果的认识,建立了不同的实验结果之间的内在关联,为以后有目的的新型突变体设计和实验研究打下了基础．     

蛋白质柔性复合物的结构预测

将自洽系综最优化方法（ＳＣＥＯ）推广到主链可变的分子体系,并以此来实现蛋白质复合物结合界面的柔性优化。据此,提出了一种模拟蛋白质“诱导契合”过程的计算方法,来实现蛋白质柔性复合物的结构预测。经过三个蛋白质柔性复合物结构预测的检验,表明这种方法是可行的,并且达到了计算精度和计算速度上的兼顾     

肿瘤坏死因子与其受体相互作用的计算机模拟研究

利用同源模建方法,以肿瘤坏死因子(TNF)R55受体胞外区的晶体结构为参考模板,预测了TNFR75受体胞外区Cys18-Phe147片段的三维结构。根据R55受体胞外区与LT相结合的复合物的晶体结构,预测了TNF与R55及R75胞外区的复合物的三维结构,模拟了TNF与受体之间的相互作用。由于TNF与受体的作用形式是三聚体对三聚体,因此在模拟TNF与受体相互作用时选择了包括一个非对称的TNF三聚体和一个受体(R55或R75)单体的模拟系统。结合已有的突变体实验结果,利用计算机分析手段,发现了一些TNF突变体之所以具有受体选择性的三维结构基础和发挥了关键作用的氨基酸残基以及这些残基之间的主要作用形式。研究深化了对已有的突变体实验结果的认识,建立了不同的实验结果之间的内在关联,为以后有目的的新型突变体设计和实验研究打下了基础。     

Furin／kexin蛋白质前体加工酶抑制剂的理性再设计

许多重的生物过程,如酶原激活、肽激素合成、病毒蛋白加工和受体成熟,均须蛋白质前体加工酶的剪切处理。因此,蛋白质前体加工酶可能是一种新药开发的对象,综合利用同源模建技术和序列的进化踪迹分析手段,研究了蛋白质前体加工酶furin/kexin与水蛭抑制剂(eglinC）突变体的相互作用模式,阐释furin/kexin各个亚类的底物/抑制剂特异性的共性和差异性的序列结构基础。在此基础上,利用界面再设计策略（核心算法为异型自洽系综最优化）进行了furin/kexin抑制剂的理性再设计,分别以模建的水蛭抑制剂-furin,水蛭 素-kex2复合物结构为模板,对水蛭 抑制剂P1,P2和P4位置进行设计,计算结果显示这三个位置均是偏好碱性残基,与已有的实验结论一致,另外针对furin/kexin各亚类在S′端有较多的特异性残基位置这一特点,对抑制剂P′端的残基位置实施改造,设计furin和kex2的特异性更高的抑制剂,对于furin,设计得到的最好突变体是P2′Glu-P3′Asp-P4′Arg;而对于kex2,最好的突变体是P2′Arg-P3′Arg-P4′Glu。结构分析显示furin和kex2与相应的水蛭 抑制剂突变体形成石油同的相互作用模式,这里我们给出了综合利用同源模建技术,序列的进化踪迹分析和理性再设计进行酶-抑制剂相互作用研究及抑制剂改造的方案;同时提供了合理的理论设计方案。为进一步的实验设计提供理性的指导。     

钙离子对江浙蝮蛇蛇毒中性磷脂酶A2溶液构象的研究

用荧光光谱方法研究了钙离子对江浙蝮蛇毒中性磷脂酶Ａ２（简称ＮＰＬＡ２）构象的影响。结果表明,Ｃａ２＋能使酶中唯一的色氨酸残基的荧光增强：只有在Ｃａ２＋存在时,底物卵磷脂才明显改变酶分子中Ｔｒｐ周围的环境,使其光谱的兰移达７ｎｍ,荧光增强约一倍：酶中唯一的Ｈｉｓ残基被修饰以后,则没有上述两种现象发生;结合在ＮＰＬＡ２上的ｂｉｓＡＮＳ的荧光强度,随Ｃａ２＋浓度的增加而增强,提示Ｃａ２＋对ｂｉｓ－ＡＮＳ结合区域的构象有明显影响。     

P53蛋白质N末端的二级结构预测及其三维构象

以编码Ｐ５３Ｎ末端１２０个残基的ｍＲＮＡ二级结构为基础,结合Ｃｈｏｕ－Ｆａｓｍａｎ蛋白质二级结构预测原则,预测出Ｐ５３蛋白质Ｎ端的９３个残基包含四段α螺旋结构（１４－２６;３８－４６;５１－５６;６８－７０）,没有发现β片层。与四种以多重序列联配为基础的蛋白质二级结构预测方法（准确率均为７３．２０％左右）相对照,结果十分相近。在ＳＧＩ工作站上以此为初始结构建立的三维构象提示,Ｐ５３Ｎ末端前８０个氨基酸肽段呈弧型板块结构,其转录激活区由两段主要螺旋组成,呈上下构形,占据弧型板块的顶部及底部外侧缘。Ｃ端１３个富含脯氨酸肽段则呈弯曲松散状。这些构象与Ｐ５３Ｎ末端的生物功能是相吻合的     

低浓度蜂毒素在溶液中的自聚集

低浓度蜂毒素在溶液中的自聚集韩学海,隋森芳（清华大学生物科学与技术系生物膜与膜生物工程国家重点实验室,北京１０００８４）关键词蜂毒素;自聚集;多肽构象蜂毒素（ｍｅｌｉｔｔｉｎ）是由２６个氨基酸残基组成的多肽,是欧洲蜜蜂（Ａｐｉｓｍｅｌｌｉｆｉｃｅｒａ...     

用定位突变方法对人脑己糖激酶活性位点的研究

哺乳动物己糖激酶Ⅰ的分子量是１００ｋＤ．目前已经认为是由分子量５０ｋＤ酵母型己糖激酶通过基因复制和融合进化来的．己糖激酶Ⅰ的Ｃ端半分子包含了底物葡萄糖的结合位点即催化位点．Ｘ射线衍射结构的结果已经推测在酵母型的己糖激酶分子中Ｓｅｒ－１５８、Ａｓｐ－２１１是和葡萄糖的结合及催化活性有关,这些氨基酸残基相当于人脑己糖激酶Ⅰ分子中的Ｓｅｒ－６０３、Ａｓｐ－６５７,它们正好位于该酶分子的Ｃ端半分子中．定位突变这两个氨基酸残基得到４个该酶的Ｃ端半分子酶（ｍｉｎｉ－ＨＫⅠ）的突变体,它们是Ｓｅｒ－６０３→Ｃｙｓ,Ｓｅｒ－６０３→Ｔｈｒ,Ａｓｐ－６７５→Ｇｌｕ,Ａｓｐ－６７５→Ｖａｌ．实验结果指出４个突变体酶的Ｋｍ值变化不大,但酶活性只保留野生型酶的０．２８％～１１％,园二色谱分析４个突变体的ＣＤ谱与野生型酶基本一致,因此说明二级结构没有变化．这些研究结果和Ｘ射线衍射结构的推断是一致的,显示了Ｓｅｒ－６０３和Ａｓｐ－６５７氨基酸残基在该酶结合底物葡萄糖或催化作用上起了重要的作用．     

作用于钾离子通道蝎毒素的结构特征及活性表面研究进展

对作用于钾离子通道的蝎毒素的空间结构特点进行了简要归纳,发现高含量碱性残基在不同结构单元广泛分布而少量酸性残基特征性分布等新特点。蝎毒素活性表面研究进展表明,利用空间结构的分子模建结合残基突变是确定活性表面的有效方法。基于少量酸性残基特征分布与活性表面取向的相关性,提出酸性残基为活性调节残基的新观点和简单的“拇指”规则预测钾毒素活性表面的方法,从而可望加速蝎毒素的结构与功能关系研究。     

DRSP：蛋白质单残基替换结构数据库

蛋白质残基替换是基因突变的产物之一,它可能改变蛋白质三维结构,对其生物学功能产生重大影响,因此研究蛋白质残基替换与结构改变的关系具有重要意义．随着实验解析蛋白质结构的数量迅猛增长,越来越多的野生型-突变体被应用于结构生物学的比较研究中．本研究从蛋白质三维结构数据库(PDB)出发,收集和计算了大量结构特征数据,构建了一个目前已知最大的野生型-突变体(单残基差异)的结构对数据库DRSP,展示出氨基酸类型和主链偏好性对结构保守性的相关性．DRSP的开放使用可为高精度的蛋白质结构分析预测提供有用信息,它的数据库网址是http://www.labshare.cn/drsp/index.php．     

鼠抗人纤维蛋白抗体单链Fv片段的人源化分子设计

产生免疫原性的残基主要是位于蛋白表面的暴露残基,为了消除鼠抗体对人的免疫原性,利用表面再塑的方法对本室克隆的鼠抗人纤维蛋白抗体单链Ｆｖ片段进行了人源化分子设计．首先确定了鼠及人Ｆｖ片段的表面残基,在此基础上分析了鼠与人抗体Ｆｖ片段表面残基的差异,将存在差异的鼠抗体的表面残基换成人的,从而实现鼠抗体的人源化．提出了残基最高频率人源化及最相似链人源化两种分子设计方案．人源化的鼠抗人纤维蛋白抗体单链Ｆｖ片段的结构经Ｐｒｏｆｉｌｅｓ－３Ｄ检测证明合理,替换的表面残基的溶剂可及性未变,而且未对ＣＤＲｓ的空间构象产生明显影响,应不会影响与纤维蛋白的亲和力,为鼠抗体人源化实验研究奠定了基础．     

DRSP:蛋白质单残基替换结构数据库（英文）

蛋白质残基替换是基因突变的产物之一,它可能改变蛋白质三维结构,对其生物学功能产生重大影响,因此研究蛋白质残基替换与结构改变的关系具有重要意义.随着实验解析蛋白质结构的数量迅猛增长,越来越多的野生型-突变体被应用于结构生物学的比较研究中.本研究从蛋白质三维结构数据库(PDB)出发,收集和计算了大量结构特征数据,构建了一个目前已知最大的野生型-突变体(单残基差异)的结构对数据库DRSP,展示出氨基酸类型和主链偏好性对结构保守性的相关性.DRSP的开放使用可为高精度的蛋白质结构分析预测提供有用信息,它的数据库网址是http://www.labshare.cn/drsp/index.php.     

大肠杆菌精氨酰－tRNA合成酶（ArgRS）及其变种的光谱学研究

本文用吸收光谱、溶剂微扰差光谱荧光光谱和ＣＤ光谱对天然酶ＡｒｇＲＳ及其变种酶ＡｒｇＲＳ３０６ＫＲ和ＡｒｇＲＳ３８１ＫＡ的构象进行了研究,结果表明Ｌｙｓ３０６的突变引起变种酶分子表面的生色氨基酸残基所处微环境与天然酶梢有不同,ＡｒｇＲＳ３０６ＫＡ比ＡｒｇＲＳ３０６ＫＲ有更大的构象变化。变种酶ＡｒｇＲＳ３８１ＫＡ与天然酶的构象差别不大。ＣＤ光谱的分析显示转角在变种酶分子中依活力的下降二级结构中所占百分比下降。可以得出结论ＡｒｇＲＳ的Ｌｙｓ３０６所带的正电荷对维系ＡｒｇＲＳ的构象绝对重要,这种酶的构象变化引起变种酶的活力丧失;而ＡｒｇＲＳ的Ｌｙｓ３８１的改变则似乎不能引起酶构象的可觉察的变化。     

天冬氨酸酶在盐酸胍变性时的酶活性与构象变化

 本文应用荧光光谱法和CD光谱法测定了天冬氨酸酶在不同浓度盐酸胍中变性时的构象与活力变化,并测定了天冬氨酸酶在不同浓度盐酸胍中变性时的巯基暴露速度。发现一部分色氨酸残基位于分子疏水核内部,另一部分位于分子表面;至少一部分酪氨酸残基与其相邻近基团形成氢键。该酶的大部分巯基位于分子内部结构比较稳定的区域而不在分子表面。低浓度盐酸胍作用下,构象发生明显变化,而活力维持原水平;盐酸胍达到一定浓度后,活力才发生骤然下降。CD谱表明,α-螺旋构象维持整个分子构象,因而对于维持活性中心构象是重要的。     

蛇毒锯鳞蝰素基因Leul4－Lys15－Glu16的定点突变

本研究的目的是利用蛋白质工程定点突变的方法,在蛇毒锯鳞蝰素基因分子上增加另一个保守序列ＲＧＤ（１４位精氨酸残基,１５位甘氨酸残基,１６位天冬氨酸残基）,以其增加该分子的生物活性,并探讨蛋白质一级结构,空间结构和功能的关系。在质粒ｐＪＣ２６４的基础上,利用ＰＣＲ定点突变方法,对蛇毒锯鳞蝰素基因Ｌｅｕ１４－Ｌｙｓ１５－Ｇｌｕ１６进行定点突变,使相应的ＤＮＡ片段变成表达Ａｒｇ１４－Ｇｌｙ１５－Ａｓｐ１６的核苷酸顺序,经酶切和ＤＮＡ测序鉴定正确。ＣＮＢｒ裂解后,用反相ＨＰＬＣ分析,分离制备突变体蛇毒锯鳞蝰素,制备的突变体蛇毒锯鳞蝰素的Ｎ－末端１０个氨基酸残基与天然蛇毒锯鳞蝰素的相同。在人的富含血小板血浆测活体系中,经１０μｍｏｌ／Ｌ的ＡＤＰ诱导,突变体蛇毒锯鳞蝰素的ＩＣ５０为３．０×１０~（－７）ｍｏｌ／Ｌ;重组野生型蛇毒锯鳞蝰素的ＩＣ５０为４．０×１０~（－７）ｍｏｌ／Ｌ;天然蛇毒锯鳞蝰素的ＩＣ_（５０）为２．８×１０~（－７）ｍｏｌ／Ｌ。此外,就蛇毒锯鳞蝰素中保守序列Ａｒｇ－Ｇｌｙ－Ａｓｐ以及其空间构象对蛇毒锯鳞蝰素抑制血小板凝集之间的关系进行了讨论。     

重组水蛭素的突变及突变体部分性质研究

以基因突变结合动力学分析的方法研究了水蛭素空间结构及其与凝血酶的相互作用．采用基因定点突变和随机突变的方法得到两个重组水蛭素突变体,并从抗酰胺水解活性,抗凝血酶活力和稳定性三个方面,比较研究了重组水蛭素ｒＨＶ２中４７位和１１位两个氨基酸残基对其稳定性和抑制能力的影响．将ｒＨＶ２中Ｇｌｎ１１和Ａｓｎ４７分别突变为Ｈｉｓ１１和Ｌｙｓ４７后,ｒＨＶ２－Ｈ１１生物活力降低３０％,ｒＨＶ２－Ｋ４７生物活力提高６１％．测定抑制常数Ｋｉ表明,ｒＨＶ２－Ｈ１１突变体Ｋｉ值升高１４倍,ｒＨＶ２－Ｋ４７突变体Ｋｉ值降低１４倍,两个突变体的热稳定性均有所增强,ｒＨＶ２－Ｈ１１在酸性和碱性条件的稳定性降低．分析实验结果,可以认为：①４７位的Ｌｙｓ可能是通过氢键和静电两种作用力同时影响着水蛭素的三维结构和其与凝血酶的结合．②１１位氨基酸可能是水蛭素分子中另一个重要位点．     

蛋白质共进化分析研究进展

一些对蛋白质活性很重要的残基在进化过程中是高度保守的,另有一些残基通过共进化来维持蛋白质结构和功能上的稳定。由于共进化残基分析可在未知蛋白质结构时,仅依据序列推断残基间的相互作用,因此在蛋白质结构和功能预测上具有重要的研究意义。当前分析共进化残基的方法主要有基于相关系数的方法、基于微扰理论的方法、参数检验法等。然而,由于存在蛋白质系统进化的背景干扰,目前共进化残基分析的精度仍有待进一步提高。本文概述了蛋白质共进化分析的方法及其研究进展,并对其发展趋势进行了预测。     

用2D—NMR测定人卵泡促性腺激素释放肽（hF—GRP）的溶液构象

人卵泡促性腺激素释放肽是１９８７年才被发现的一种激素类１４肽,本文利用２Ｄ－ＮＭＲ技术首先测定了它的溶液构象,在残基归属的基础上,据ＲＯＥＳＹ距离信息得到该１４肽的初步构象为,羧基端三个残基是运动性较大的无规卷曲,氨基端Ｔｈｒ１的侧链靠近主链,Ｈｉｓ１０－Ｐｒｏ１１间的肽链以ｔｒａｎｓ构型占优势,在Ｓｅｒ４－Ｈｉｓ５－Ｈｉｓ６区域可能形成一个部分类似β－转角Ⅱ的弯曲。