设计形成特定构象单元的多肽

肽分子设计的命题,基本思想是以特定的构象单元与功能的关系为指导,设计具有特定功能的多肽,它不仅可以用于进一步揭示天然蛋白质的结构原则及卷曲机制,而且可以指导药物合成及工业产品的设计。本文旨在介绍一些设计形成特定构象单元的多肽的进展,并从中归纳出一些设计原则。     

蛋白质构象病

蛋白质的空间结构又称为三维结构或构象（conformation）,特定的空间构象是蛋白质发挥其各种功能的结构基础。由于蛋白质担负着复杂的生化反应,因此在生物合成以后,蛋白质本身也经历着复杂的生理过程;蛋白质自翻译以后,需进行一系列的翻译后过程,包括跨膜转运、修饰加工、折叠复性、生化反应、生物降解等,这些过程都伴随着蛋白质的结构转换。随着对疯牛病的研究,人们发现：蛋白质分子的氨基酸序列虽不改变,但其空间结构或构象的改变也能引起疾病。同时,越来越多的研究表明,一些遗传性疾病是由于基因突变导致了蛋白质的错误折叠,这些突变并不直接影响蛋白质的功能结构域,但由于蛋白质的错误折叠,干扰了其正确运输,形成对细胞有毒性作用的聚积物。     

蛋白质构象病

蛋白质结构生物学既从蛋白质一级结构序列 ,也从蛋白质空间结构及其动态变化去研究蛋白质的性质和功能。生物医学研究表明蛋白质空间构象发生异常变化会引起疾病发生 ,形成了蛋白质构象病 (Ｐｒｏｔｅｉｎｃｏｎｆｏｒｍａ ｔｉｏｎａｌｄｉｓｅａｓｅｓ)这一新的病理学概念[1] 。1 .蛋白质构象病及其分子构象病理学一般讲 ,引起构象疾病的蛋白质分子与正常蛋白质同时存在于机体内 ,至少部分蛋白质具有正常折叠的空间构象 ,并以正常形态释放。当蛋白质构象异常变化时可导致其生物功能丧失 ,或者引起其后发生的蛋白质聚集与沉积 ,使组织结构…     

蛋白质隐态构象

生物活性蛋白质的结构具有动态特性,存在构象系综,包含常规结构生物学可测定的稳态和常规结构生物学无法测定的隐态构象.隐态构象与稳态构象之间存在着多态平衡,在蛋白质生物学功能上具有重要作用.蛋白质隐态定义起源于蛋白质折叠机制及蛋白质分子动态学研究.在蛋白质构象系综中,蛋白质隐态的含量较少、寿命短及较稳态构象能量高等性质使得...     

以Ca-Ca距离为基础的构象空间的可视化研究

蛋白质结构构象呈现明显的规律,研究其在特定构象空间的分布对蛋白质结构预测和模拟具有重要意义。本文以449个非冗余的高分辨串蛋白质结构为材料,以Ga-Ga距离向量代表蛋白质片段。然后利用主成分分析方法,建立蛋白质片段构象空间的可视化构图,并且单个蛋白质分子可以映射到该空间形成一个顺序连接的路径。从而,可以很直观的分析各长度片段（4-9个残基的片段）的分布情况及其内在的连接关系。图形显示了明显的聚集性,以及各种类型片段与二级结构明显的对应关系。     

以Cα-Cα距离为基础的构象空间的可视化研究

蛋白质结构构象呈现明显的规律,研究其在特定构象空间的分布对蛋白质结构预测和模拟具有重要意义.本文以449个非冗余的高分辨率蛋白质结构为材料,以Cα-Cα距离向量代表蛋白质片段.然后利用主成分分析方法,建立蛋白质片段构象空间的可视化构图,并且单个蛋白质分子可以映射到该空间形成一个顺序连接的路径.从而,可以很直观的分析各长度片段(4～9个残基的片段)的分布情况及其内在的连接关系.图形显示了明显的聚集性,以及各种类型片段与二级结构明显的对应关系.     

蛋白质溶液构象的研究方法

蛋白质的结构决定其功能。研究蛋白质溶液构象的手段日新月异,文章介绍了近年来研究蛋白质在溶液中三级结构、二级结构和基团微环境的常用手段。     

同义密码子使用模式对蛋白产物表达及构象形成的影响*

鉴于遗传密码子的简并性能够将基因遗传信息的容量提升,同义密码子使用偏嗜性得以在生物体的基因组中广泛存在。虽然同义密码子之间碱基的变化并不能导致氨基酸种类的改变,在研究mRNA半衰期、编码多肽翻译效率及肽链空间构象正确折叠的准确性和翻译等这一系列过程中发现,同义密码子使用的偏嗜性在某种程度上通过精微调控翻译机制体现其遗传学功能。同义密码子指导tRNA在翻译过程中识别核糖体的速率变化是由氨基酸的特定顺序决定,并且在新生多肽链合成时,蛋白质共翻译转运机制同时调节其空间构象的正确折叠从而保证蛋白的正常生物学功能。某些同义密码子使用偏嗜性与特定蛋白结构的形成具有显著相关性,密码子使用偏嗜性一旦改变将可能导致新生多肽空间构象出现错误折叠。结合近些年来国内外在此领域的研究成果,阐述同义密码子使用偏嗜性如何发挥精微调控翻译的生物学功能与作用。     

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。     

蛋白质构象病提示的疾病防治新思路

蛋白质构象病是由于组织中特定的蛋白质承受了构象变化,进而聚集并产生沉积所引起的一种疾病。构象病概念的提出提示人们可以通过抑制或者逆转组织蛋白的变构来防治疾病,本文就蛋白质构象病的概念以及近年关注较多的β折叠形成阻断肽和分子伴侣两种防治思路予以综述。     

染色质构象与基因功能

在真核细胞中,DNA序列以染色质为载体,高度凝缩并存储于细胞核内,其复制、修复和转录表达等过程受到染色质构象的精准调控。越来越多的研究表明,特定的染色质构象可选择性激活或沉默基因,从而控制细胞自我维持或定向分化,决定细胞的组织特异性和细胞命运。因此,对染色质构象的深入研究已成为准确解析基因功能的一个关键切入点,也是当前基因组学研究所面临的一个巨大挑战。本文对染色质构象的研究历史、结构特征、动态调控机制进行了综述,并重点论述了不同维度构象特征对基因转录调控的影响,对该领域的研究难点进行了讨论,展望了其未来的发展方向,期望通过有效梳理染色质构象与基因调控之间的脉络关系,为未来该领域的研究提供参考。     

《蛋白质构象》

《蛋白质构象》(Protein conformation)是锡伯基金会专题论文集第161卷,1991年威利父子出版公司出版,269页。生物学和化学中一个悬而未解的问题是怎样从蛋白质的氨基酸顺序去确定其三维结构,该种结构是酶、通道、和受体功能及机制的基础。     

激光拉曼光谱在蛋白质构象研究中的应用和进展

激光拉曼光谱法被公认为是研究生物大分子的结构、动力学和功能的有效方法。近年来拉曼光谱在蛋白质构象研究中的最新进展,涉及到拉曼光谱在非折叠蛋白质、蛋白质装配的特征描述,拉曼晶体学在实时监控蛋白质单晶中化学变化等方面的应用。另外,介绍了蛋白质拉曼光谱分析在生物技术中的应用现状。并对拉曼光谱技术在蛋白质等生物大分子领域中的研究前景做了进一步的展望。     

生物高分子在溶液中的空间结构与功能关系的研究概况——讨论会纪要

一、研究溶液中空间结构的意义蛋白质在一定的条件下处理时,共价键不变而失去它的生物活力,这种过程叫做变性。1931年吴宪指出蛋白质的变性就是它的主链从卷曲变到伸展,这说明蛋白质的空间结构与功能之间有重要关系。1951年Pauling提出了蛋白质肽链α螺旋结构的理论,在这种基础上逐步开展了蛋白质在溶液中的空间结构即构象     

核磁共振技术在蛋白质领域的应用

简要叙述了核磁共振技术(NMR)在蛋白质领域的研究及应用。NMR法通过测定蛋白质在稀溶液状态下反应位点的特定参数来计算蛋白质的三级结构,并可深入了解一定时间范围内化学反应和蛋白质构象转变的动力学过程。通过NMR对抗原决定簇和抗体CDR作图,可以分析其一级结构和三维构象;对抗原抗体动力学的分析,对于设计基因疫苗、检测细胞表面抗原提呈以及分析抗原抗体复合物的构象变化也有着重要意义。     

阿尔茨海默病Aβ构象转变机制研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种以神经系统退行性变为特征的"构象病",淀粉样蛋白Aβ聚集形成富含β折叠的肽类聚合物是其发病机制的核心.不同构象的Aβ肽成分除分子量、溶解性、二级结构等基本性质不同之外,尚有免疫原性、神经细胞毒性等生物学功能的差别.由Aβ构象转变引起的空间结构差异,影响其与生物膜、受体等结合蛋白之间的相互作用,通过不同途径关联到线粒体损伤、神经突触功能异常、早期认知障碍、神经元丢失等病理效应.本文综述了Aβ动态结构特征、Aβ构象转变与神经毒性作用的关系、抑制Aβ构象转变的靶点等,以期为明确构象在AD发病机制中的作用乃至"构象病"的共同机制研究提供新的思路.     

三肽和四肽构象空间的可视化方法

研究蛋白质寡肽构象在构象空间中的分布情况,对提取寡肽模式并构建短肽库具有重要意义。通过构建一个保距映射,将以主链原子均方根距离(root mean square distance,RMSD)为距离测度的三肽构象空间变换为一维直线上的欧氏距离空间,从而直观地展现三肽构象的聚集情况,表明三肽主链构象可以用单一变量编码。应用该特性对四肽的构象空间加以分析,将四肽构象映射到三维空间中,从而以可视的方式描述四肽构象空间的聚集情况。对短肽构象空间的初步分析表明,短肽的聚集性和二级结构有着密切的联系。在四肽构象空间中存在有自然边界的离散区域(与螺旋等结构相关),也有一些区域(与折叠等结构有关)难以进一步划分。这种方法也为以可视方式分析高维空间中肽段的聚集性给出了一种可能的方案。     

DNA超螺旋构象的理论研究

本文总结了近年来描述DNA超螺旋结构的基本关系式和各种参量,综述了计算超螺旋的几何参数,定量分析DNA分子与蛋白质结合时的特殊构象,以及基于物理模型解释和预见精确的超螺旋空间构象等方面的理论研究进展。     

染色质构象解析技术——Hi-C及染色质构象信息提取

真核生物染色质在核内的空间组织形式能影响DNA的空间分布,因而对基因转录、DNA复制等生物学过程具有调节作用。目前对这种空间上高度有序的基因组结构的认识还是粗糙的、碎片式的和不完整的。近年,利用染色质构象捕获技术发展起来的衍生技术——Hi-C技术,是一种研究全基因组范围的染色质相互作用以及探明全基因组的三维结构的分析技术。利用Hi-C技术能够对染色质内部或所有染色质之间的相互作用进行精细分析,从而把基因表达调控引入到空间的、全局性的研究层面,为全面解析与DNA有关的生物学过程的机理开启新的契机。本文主要阐述染色质构象解析技术Hi-C的实验原理、数据处理以及染色质构象信息提取,包括染色质内相互作用情况分析、全基因组基因活性分类、拓扑关联结构域(TAD)和染色质环(chromatin loop),介绍染色质构象信息与基因调控研究方面的国际前沿进展。     

构型与构象

构型和构象是表征分子结构特征的易混淆的两个概念,构型是指具有一定构造的分子中原子或基团的固有空间排列。广义的构象是指分子中原子或基团在三维空间的取向和定位,狭义的构象是指具有相同构造和构型分子中原子或基团在空间的取向和定位。构型和构象既相互区别,又相互联系。对分子构型和构象概念的正确认识是阐明生物大分子结构与功能复杂关系的重要前提,对其正确地理解和运用将有助于教师教学任务的完成和学生对相关知识的理解和掌握。