新型平均势函数在蛋白质反向折叠中的应用

利用蛋白质主链的极性分数及主链二面角为参量,构建了一种基于蛋白质结构数据库的势函数。将该势函数应用于蛋白质反向折叠研究中,发现该函数可成功地将蛋白质分子的天然构象从构建的构象库中识别出来;将一目标序列与构象库的每一可能的构象匹配,并用该势函数计算相应的能量,结果表明对绝大多数蛋白质分子来说,天然的构象的能量值总是最低。此外,该函数还将一些序列相似性较低,而结构相似性较高的蛋白质分子识别出来。我们认     

控制基因与疾病作斗争

美国西雅图Fred Hutchinson癌症研究中心的研究人员报道他们研制出了一种完全新的近似精密的个体基因控制系统。这个系统能使病毒性疾病的防治方式发生一场大变革。这个系统用于人造基因中也许有问题,但它够能用于人的胚胎初期。这项工作的开展,一部分是根据发现的一种由细菌具有的天然控制方式。作为天然信使RNA的合作者,在关闭的信使RNA分子中,反义RNA分子如同是一把钥匙。在蛋白质合成     

抗体片段在铂纳米粒子表面的构象重构

目的 最近在金纳米粒子（AuNPs）表面重构抗体片段的天然构象和功能的研究表明分子构象工程的可行性。本质上,分子构象工程就是要像蛋白质折叠一样,通过精确控制柔性非功能分子的构象使其产生新功能。本文在铂纳米粒子（PtNPs）表面重构抗体互补决定簇区（CDR）片段的天然构象和功能,旨在探索分子构象工程的普适性及揭示蛋白质结构-功能机制。方法 本文将抗溶菌酶抗体（cAB-lys3）中的CDR3片段（在单独存在时没有稳定构象和功能）通过两个Pt-S键偶联到PtNPs表面。CDR片段的天然构象和功能的恢复通过它对溶菌酶活性的抑制来表征。结果 通过多肽密度优化和表面聚乙二醇修饰,制得基于PtNPs的抗溶菌酶人工抗体（简称铂抗体）。溶菌酶活性测试结果表明,铂抗体可以特异性结合溶菌酶并显著抑制其活性。结论 本文第一次在PtNPs表面重构了蛋白质片段的天然构象并恢复了其功能,证明分子构象工程可作为一种通用方法制备基于纳米粒子的人工蛋白质。     

蛋白质-蛋白质分子对接方法中分子柔性处理与近天然结构筛选的研究

蛋白质-蛋白质分子对接方法是研究蛋白质分子间相互作用与识别的重要理论方法。该方法主要涉及复合物结合模式的构象搜索和近天然结构的筛选两个问题。在构象搜索中,分子柔性的处理是重点也是难点,围绕这一问题,近年来提出了许多新的方法。针对近天然结构的筛选问题,目前主要采用三种解决策略:结合位点信息的利用、相似结构的聚类和打分函数对结构的评价。本文围绕以上问题,就国内外研究进展和本研究小组的工作作详细的综述,并对进一步的研究方向进行了展望。     

蛋白质分子的结构与功能

讨论蛋白质分子的结构特征。蛋白质分子是由约20种氨基酸残基组成的多肽。蛋白质的分子结构有4个层次,即一级、二级、三级和四级结构。蛋白质分子高度有序的结构是其执行特定生理功能基础。     

预测蛋白质—蛋白质复合物结构的软对接算法

提出了一种有效的软对接算法 ,用于在已知受体和配体三维结构的条件下预测蛋白质 蛋白质复合物的结构。该算法的分子模型基于Janin提出的简化蛋白质模型 ,并在此基础上有所改进。对蛋白质分子表面的柔性氨基酸残基Arg、Lys、Asp、Glu和Met进行了特殊处理 ,通过软化分子表面的方式考虑了它们的侧链柔性。采用双重过滤技术来排除不合理的对接结构 ,此过滤技术是以复合物界面几何互补性和残基成对偏好性为标准提出的。对所得到的构象进行能量优化 ,之后用打分函数对这些结构进行排序 ,挑选出与复合物天然结构接近的构象。该打分函数包括静电、疏水和范德华相互作用能。用此算法对 2 6个复合物进行了结构预测 ,均找到了近天然结构 ,其中有 2 0个复合物的近天然结构排在了前 10位。改进的分子模型可以在一定程度上描述蛋白质表面残基侧链的柔性 ;双重过滤技术使更多的近天然结构保留下来 ,从而提高了算法成功预测的可能性 ;打分函数可以较合理地评价对接结构。总之 ,此种软对接算法能够对蛋白质分子识别的研究提供有益的帮助。     

蛋白质-蛋白质分子对接方法研究进展

蛋白质分子间相互作用与识别是21世纪生命科学研究的前沿和热点.分子对接方法是研究这一课题有效的计算机模拟手段.通常,蛋白质-蛋白质分子对接包括四个阶段:搜索受体与配体分子间的结合模式,过滤对接结构以排除不合理的结合模式,优化结构,用精细的打分函数评价、排序对接模式并挑选近天然构象.结合国内外研究蛋白质-蛋白质分子对接方法进展和本研究小组的工作,对以上四个环节做了详细的综述.另外,还分析了目前存在的主要问题,并提出对未来工作的展望.     

伯克利研究者制造含非天然氨基酸的重组蛋白

在重组蛋白质中20种天然氨基酸之间彼此相互替代的情况每天都会发生。所有这些都需改变在基因中编码氨基酸的三碱基密码子,使之变成所需蛋白的氨基酸密码。这是蛋白质工程的基本技术。现在,伯克利加里弗尼亚大学的Peter G. Schultz, Christopher J. Noren及其同事们发明了一种用天然蛋白中从未发现过的氨基酸替代天然氨基酸的新方法(Science 244:182～188)。这极大地增加了对改变蛋白质分子形状和特性的选择。为使非天然氨基酸替代氨基酸,伯克利的研究者们用“空白”错误密码ATG(胸腺嘧啶-腺嘌呤-鸟嘌呤)替换编码天然氨基酸的寡核苷酸密码子,信使RNA(mRNA)一般     

薄层等电聚焦技术

等电聚焦(Isoelectrofocusing,缩写IEF或EF)是1966年由瑞典科学家Harry Rilbe和Olov Vesterbery建立的一种高分辨的蛋白质分离分析新技术.它的基本原理是利用蛋白质分子或其它两性分子的等电点的不同在一个稳定的、连续的、线性的pH梯度中进行蛋白质的分离分析.     

蛋白质的氧化重折叠

经过近几十年来广泛而深入的研究,蛋白质氧化重折叠的机制已得到相当详细的阐明。1在已研究过的蛋白质中,大多数蛋白质都是沿着多途径而非单一、特定的途径进行氧化重折叠,这与折叠能量景观学说是一致的。2正是氨基酸残基间的天然相互作用而不是非天然的相互作用控制蛋白质的折叠过程。这一结论与含非天然二硫键的折叠中间体在牛胰蛋白酶抑制剂（BPTI）折叠中所起的重要作用并非相互排斥,因为后者仅仅是进行链内二硫键重排的化学反应所必需,与控制肽链折叠无直接关系。3根据对BPTI的研究,二硫键曾被认为仅仅具有稳定蛋白质天然结构的作用,既不决定折叠途径也不决定其三维构象。这一观点不适用于其它蛋白质。对凝乳酶原的研究表明,天然二硫键的形成是恢复天然构象的前提。天然二硫键的形成与肽键的正确折叠相辅相成,更具有普遍意义。4在氧化重折叠的早期,二硫键的形成基本上是一个随机过程,随着肽链的折叠二硫键的形成越来越受折叠中间体构象的限制。提高重组蛋白质的复性产率是生物技术领域中的一个巨大的挑战。除了分子聚集外,在折叠过程中所形成的二硫键错配分子是导致低复性率的另一个主要原因。氧化重折叠机制的阐明为解决此问题提供了有益的启示。如上所述,在折叠的后期,二硫键的形成决定于折叠中间体的构象,类天然、有柔性的结构有利于天然二硫键形成和正确折叠,具有这类结构的分子为有效的折叠中间体,最终都能转变为天然产物;而无效折叠中间体往往具有稳定的结构,使巯基、二硫键内埋妨碍二硫键重排,并因能垒的障碍不利于进一步折叠。因此,降低无效折叠中间体的稳定性使之转变为有效折叠中间体是提高含二硫键蛋白质复性率的一条基本原则,实验证明,碱性pH、低温、降低蛋白质稳定性的试剂、蛋白质二硫键异构酶、改变蛋白质一级结构是实现这一原则的有效手段。此外,这里还就氧化重折叠的基础和应用研究的前景进行了讨论。     

外泌体在疾病诊断和药物递送系统中的应用研究进展

外泌体是直径为 30~100 nm 的内吞衍生囊泡,由多种活细胞分泌,含有大量的与其来源和功能密切相关的蛋白质、脂质和 RNA 分子,可以在细胞间传递。已有研究表明癌症患者血液中的外泌体浓度比正常人高,且其中包含癌症标志分子,因此其有潜力成为疾病诊 断的生物标志物。此外,作为一种天然的物质运输载体,外泌体已经被作为一种新型的药物递送系统,用于肿瘤及阿尔茨海默病等疾病的治疗。 对外泌体作为疾病诊断标记物以及药物递送载体的研究进展进行综述。     

固定化哺乳动物细胞

不是每一种有商业价值的生物产品都能由细菌或酵母系统来生产。事实上,哺乳动物细胞常常是哺乳动物蛋白质的唯一适宜的生产工厂:它们能正确地糖基化,形成合适的二硫键,并完成使蛋白质变成功能性分子的其他翻译后修饰。虽然有些微生物生理学家和分子遗传学家争论说,假定给时间,他们中意的有机体能够工程化,以生产至少和天然“宿主”一样的真正的哺乳动物蛋白质,但哺乳动物细胞生理学家则指出,以前为此而传出的代价说明这种努力并不值得。     

生物分子计算机

生物分子计算机是一种用生物分子元件组装成的具有并行数据处理、三维存储器和神经网络等特征的智能化计算机。它不但运行速度快、能处理复杂性的非线性问题、具有一定的逻辑推理等认知能力 ,而且具备生物分子形成的细胞样的自行修复或自体复制能力。也许从分子计算机到蛋白质计算机、DNA计算机再到生物分子计算机是一种研究和制造生物分子计算机的路径。     

二硫键异构酶

天然二硫键的形成是许多蛋白正确折叠中的限速步骤,在稳定蛋白质构象和保持蛋白质活性方面起重要作用。讨论的二硫键异构酶是内质网中一种重要的蛋白折叠催化剂,它催化蛋白二硫键的形成和错误配对二硫键的重排,并有抑制错误折叠蛋白聚集的分子伴侣活性。PDI广泛应用于基因工程上提高外源蛋白表达水平。     

原核基因表达的调控

大部份原核基因在其天然宿主的染色体中是单拷贝的,但这些基因的产物在细胞中的分子数可由10到10~6个不等。表1列举了一些大肠杆菌基因产物在细胞中的分子数。每个基因产物的多少是基因表达与各级产物代谢之间平衡的结果,与转录起始频率,转录后加工、mRNA代谢、翻译起始频率、肽链延伸速度、翻译后加工、蛋白质的分泌和代谢等有关。这些过程的调控在很大程度上取决于基因本身的结构。     

tRNA介导蛋白质工程

在遗传信息从DNA到蛋白质流动的过程中,tRNA携带特异的氨基酸参与蛋白质合成,对于维持蛋白质翻译的忠实性起着非常重要的作用。生物体内共有20种氨酰tRNA合成酶,每一种均对应于一种氨基酸和一个tRNA类型。但是这种翻译过程仅仅限于20种天然氨基酸,因此在进行传统的蛋白质工程研究时常常受到限制。事实上,在蛋白质工程中借助于校正tRNA定点掺入非天然氨基酸可以提供蛋白质的结构信息,改进蛋白质检测与分离的方法,甚至赋予蛋白质某些新的特性。随着生物技术的发展和完善,tRNA介导蛋白质工程将不仅在蛋白质工程中发挥潜能,而且在研制新型生物材料和疾病诊断及药物治疗方面起到推动作用。     

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.     

纳米狭缝中Aβ蛋白构象变化的间距作用

目的 金属表面对蛋白质分子具有吸附作用,然而在纳米尺度内,蛋白质分子构象受到狭缝的间距作用尚未明确。本文通过在分子动力学模拟中建立不同间距的金原子层,研究纳米级金属狭缝中蛋白质分子构象变化。方法 使用GOIPCHARMM力场在Au (111)金原子界面间对Aβ1-42蛋白单体进行分子动力学仿真,研究无狭缝的水溶液环境下和由5.0、5.5以及8.5 nm狭缝结构与Aβ蛋白相互作用及蛋白质构象变化。结果 当金狭缝结构间距从5.0 nm增加到8.5 nm,Aβ蛋白分子与两侧金层相互作用可由单表面吸附、双表面吸附过渡到无吸附。结论 Aβ蛋白分子在金狭缝结构中与表面发生相互作用,随狭缝间距和蛋白质分子距界面距离的变化,蛋白质分子的状态可能表现为单表面吸附、双表面吸附和无吸附3种状态。     

无细胞体系非天然蛋白质合成研究进展

无细胞非天然蛋白质合成作为蛋白质研究的新兴手段,已成功用于表征蛋白质分子间、蛋白质与核酸分子间相互作用等基础科学研究及医药蛋白、蛋白质材料等工业生产领域。无细胞非天然蛋白质合成系统不需维持细胞的生长,无细胞膜阻碍,可依据研究目的添加基因元件或化学物质从而增强工程设计和过程调控的自由性;也可赋予蛋白质新的特性、结构及功能,如可实现蛋白翻译后修饰、反应手柄引入、生物物理探针及多聚蛋白质合成等。文中系统地综述了目前应用于无细胞蛋白质合成系统中的非天然氨基酸嵌入方法,包括全局抑制及基于正交翻译体系的终止密码子抑制、移码抑制、有义密码子再分配和非天然碱基等方法的研究进展,及非天然氨基酸在蛋白质修饰、生物物理探针、酶工程、蛋白质材料以及医药蛋白质生产等领域的应用进展,并分析了该体系的发展前景及广泛工业化应用的机遇与挑战。     

保守GTP酶ObgE的分子伴侣活性研究

分子伴侣(molecular chaperone)能够帮助新生多肽链或错误折叠的蛋白质形成天然构象,但本身又不是成熟蛋白质的组成成分。蛋白质需要分子伴侣的帮助,才能够从核糖体合成的新生肽链折叠成有生物活性的大分子。E.coli的ObgE蛋白是保守的GTP酶,ObgE蛋白参与信号转导、蛋白运输和细胞周期调控,并与E.coli在氨基酸饥饿下的应激反应有关。本实验通过分子克隆,将E.coli ObgE蛋白的基因克隆到表达载体pET-28a中,转化到E.coli BL21进行蛋白表达纯化。纯化后的ObgE蛋白通过柠檬酸合成酶变复性实验、α-葡萄糖苷酶变复性实验、牛碳酸酐酶变复性实验,检测ObgE蛋白的分子伴侣活性,发现ObgE具有一定的分子伴侣活性,为该蛋白的研究应用奠定了基础。