大数据时代杂合酶的设计及其新趋势

酶分子的高效性和稳定性是工业广泛应用的物质基础。利用分子生物学技术可以将不同酶分子通过串联、插入、翻译后融合等方式构建成符合工业需求的杂合酶,但应用中多结构域杂合酶在表达量与酶活等方面仍存在弊端,而基于特定蛋白质结构域的多功能设计成为新趋势。高通量测序技术的发展,使得生物学家正面临着爆炸式增长的大数据集。近年来"蛋白质功能区"概念的提出,拓宽了人们对蛋白质结构与功能组织层次的认知,功能区残基聚簇的协同演化可导致同一家族不同蛋白质功能的差异。基于海量大数据分析可以快速定位特定功能区以及协同进化的关键位点,再利用合成生物学技术就可实现多种功能残基在同一蛋白质中的精准嫁接,完成天然酶分子的再设计。这将是杂合酶技术发展的新阶段,也会成为生物大数据时代下蛋白质设计的新趋势。     

纤维素酶解速度的可视化表征与限制因素分析

纤维素酶解效率是木质纤维素高效生物转化的限制瓶颈,利用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)可以在水相中原位可视化表征纤维素酶分子运动行为,分析单个酶分子的运动速度及其影响因素.研究发现,高效降解结晶纤维素酶分子仅结合于特定结晶表面上的特定位点上,通过单方向运动完成逐层降解,过量酶分子结合于特定表面上会导致持续性运动"塞车"现象.结晶微纤丝的降解不仅取决于酶分子运动速度及其糖苷键断裂效率,更取决于酶分子可及底物的晶面大小及其晶面氢键解聚程度.以新结合模式、新运动模式或新组织模式的纤维素酶系或复合体应是纤维素酶研究的重点方向.     

分子模拟在多黏菌素药理机制研究中的应用

多黏菌素是一种膜靶向的脂肽类抗生素，是临床上治疗革兰氏阴性多重耐药菌感染的最后一道防线。通过与脂多糖相互作用，多黏菌素破坏细菌外膜结构并导致细菌死亡。然而，受限于生物化学和结构生物学手段对细胞膜-药物相互作用的表征能力，目前对多黏菌素药理机制的认识还不充分，从而限制了新一代多黏菌素药物的设计和开发。为此，本文总结了近年来利用分子动力学方法对细胞膜系统与多黏菌素相互作用的研究进展，为深入理解多黏菌素药理机制与细胞膜系统的内在联系，加快新型抗生素药物研发提供新思路。     

壳聚糖与细菌细胞膜相互作用的分子动力学研究

目的 壳聚糖（chitosan,CS）是一种天然的广谱抗菌活性物质。现有研究表明，壳聚糖与细菌细胞膜的相互作用是其发挥抗菌功能的关键。受限于传统实验技术的表征能力，壳聚糖与细菌细胞膜相互作用的具体机制仍有待研究。本文旨在研究壳聚糖与细菌细胞膜相互作用的分子机制。方法 本研究利用全原子分子动力学模拟技术主要探究了完全脱乙酰化的不同聚合度壳聚糖（八聚糖、十二聚糖和十六聚糖）与革兰氏阴性菌外膜（outer membrane,OM）和革兰氏阳性菌质膜（cytoplasmic membrane,CM）相互作用的动态过程。结果 壳聚糖主要依靠其氨基、碳6位羟基和碳3位羟基与OM和CM的头部极性区发生快速结合。随后壳聚糖末端糖基单元倾向于插入OM内部，深度约1 nm，并与脂质分子脂肪酸链上的羰基形成稳定的氢键相互作用。与之相比，壳聚糖分子难以稳定地插入CM内部。壳聚糖结合对膜结构性质产生影响，主要表现在降低OM和CM的单分子脂质面积，显著减少OM和CM极性区的Ca2+和Na+数目，破坏阳离子介导的脂质间相互作用。结论 本研究证明，壳聚糖带正电的氨基基团是介导其与膜相互作用的关键，并破环脂质间的相互作...