模拟蛋白质折叠过程的新算法研究

蛋白质折叠过程模拟是当前蛋白质研究领域的一个难点问题。针对这一问题,提出了一个描述蛋白质折叠过程的算法-拟蛇算法,并且从分子振荡和分子动力学理论两个方面来证明该算法的核心函数是可行和正确的。经过实验总结出所有蛋白质空间结构都可以通过两种类型函数构造出来,提出了描述蛋白质折叠过程模型。与其它蛋白质折叠过程模拟算法的实验结果比较表明,拟蛇算法所构造的空间结构能量值最小、相似度最好。进而说明拟蛇算法和蛋白质折叠过程模型在描述蛋白质折叠过程方面具有明显优势。     

HLA-A*2402-BSP在大肠杆菌中的优化表达及其四聚体的制备和鉴定

HLA-A*2402是中国人群中最常见的等位基因之一,为研究该基因型人群的人巨细胞病毒(HCMV)特异性细胞毒T细胞(CTL)免疫应答,需要制备负载相应抗原肽的HLA-A*2402四聚体。以RT-PCR方法克隆HLA-A*2402重链基因的cDNA,并构建了羧基端融合生物素化酶BirA底物肽(BSP)的HLA-A*2402重链胞外域融合蛋白(HLA-A*2402-BSP)的表达载体,但该载体不能在大肠杆菌(E.coli)中有效表达HLA-A*2402-BSP融合蛋白;通过对氨基端(N端)区域编码区的密码子进行优化,构建了同义突变的HLA-A*2402-BSP表达载体,融合蛋白在E.coli中获得了高效表达。进而制备了负载HLA-A*2402限制性HCMVpp65341-349抗原肽(QYDPVAALF,QYD)的可溶性HLA-A*2402-QYD单体分子和四聚体,获得的四聚体具有与HLA-A24 供者抗原特异性CTL的结合活性,特异性CTL的频率为总CD8 T细胞的0·09%～0·37%。这些结果为进一步研究HLA-A*2402限制性的特异性CTL免疫应答规律奠定基础。     

Nat Commun:科学家或制造出更好的酶类和蛋白类药物

正自然选择的结果就是使得蛋白质的序列仅仅在可溶解性的水平上展现,而这就可以帮助机体行使生理学的多种功能,然而从生物技术的应用角度来看,研究者们需要这种蛋白至少以改与自然状态1000倍来存在,比如在注射前注射管中的抗体药物;此外这些蛋白质也可以被以高纯度进行分离,而并不在需要分子伴侣的帮助来完成。     

基于新杂合进化算法的蛋白质折叠计算

蛋白质能量最小化是蛋白质折叠的重要内容。用于蛋白质折叠的新的杂合进化算法结合了交叉和柯西变异。基于toy模型的蛋白质能量最小化算例表明,这个新的杂合进化算法是有效的。     

人肌和兔肌肌酸激酶在低pH条件下再折叠的研究

利用蛋白质内源荧光和远紫外ＣＤ光谱研究了在低ｐＨ条件下人肌肌酸激酶和兔肌肌酸激酶的构象状态。结果表明,在低离子强度下,随着酸的加入人肌和兔肌肌酸激酶去折叠,至ｐＨ２．０附近几乎都达到充分去折叠。它们的色氨酸荧光发射峰位红移至３５０ｎｍ,这表明了内埋的色氨酸残基已经完全暴露到极性溶剂之中,它们的远紫外ＣＤ光谱表明二级结构也遭破坏,但是仍保留有相当部分的二级结构。而且在高离子强度低ｐＨ条件下由Ｇｏｔｏ等人首先发现的中间体构象状态（融球结构状态）在我们的实验中也被观察到了。它具有与天然酶类似的二级结构。色氨酸荧光发射光谱表明与天然酶类似,它的最大发射峰位也为３３５ｎｍ表明了蛋白质已经完全折叠,然而其荧光强度远低于天然酶,表明这种结构状态具有较大运动性而导致荧光的动态淬灭。上述结果支持了Ｇｏｔｏ等人的发现,说明了融球中间体结构可能是蛋白质折叠过程需经历的一个中间态。     

蛋白质折叠识别方法综述

蛋白质折叠识别算法是蛋白质三维结构预测的重要方法之一,该方法在生物科学的许多方面得到卓有成效的应用。在过去的十年中,我们见证了一系列基于不同计算方式的蛋白质折叠识别方法。在这些计算方法中,机器学习和序列谱-序列谱比对是两种在蛋白质折叠中应用较为广泛和有效的方法。除了计算方法的进展外,不断增大的蛋白质结构数据库也是蛋白质折叠识别的预测精度不断提高的一个重要因素。在这篇文章中,我们将简要地回顾蛋白质折叠中的先进算法。另外,我们也将讨论一些可能可以应用于改进蛋白质折叠算法的策略。     

mRNA环结构对蛋白质折叠速率的影响

前期的相关研究发现mRNA二级结构中存在对蛋白质折叠速率的重要影响因素.而mRNA二级结构中普遍存在着各种复杂的环结构,这些环结构是否对蛋白质折叠速率也有重要的影响呢?不同的环结构对蛋白质折叠速率的影响是否相同呢?基于此想法,建立了一个包含mRNA内部环、发夹环、膨胀环和多分支环等环结构信息和相应蛋白质折叠速率的数据库.对于数据库中的每一个蛋白质,计算了mRNA二级结构中各种环结构碱基含量、配对碱基含量及单链碱基含量等参量,分析了各参量与相应蛋白质折叠速率的相关性.结果显示,各种环结构碱基含量与蛋白质折叠速率均呈极显著或显著正相关.说明mRNA环结构对蛋白质折叠速率有重要的影响.进一步,把蛋白质按照不同折叠类型或不同二级结构类型分组后,对每一组蛋白质重复上述的分析工作.结果表明,对不同类蛋白质,mRNA的各种环结构对其相应蛋白质折叠速率的影响存在着显著差异.上述研究将为进一步开展有关mRNA和蛋白质折叠速率的研究奠定理论基础.     

基于结构比较的蛋白质模建系统及其评估：Ⅲ.灵敏的蛋…

本文按二级结构、疏水性和侧链氢链把蛋白质的局部结构环境划分为６４类,按环境依赖的残基替代频数表构成残基与环境的兼容性分数表,可用来评估一个蛋白质的整体折叠正确与否和检测蛋白质折叠的局部错误。     

基于HP模型的蛋白质折叠问题的研究

基于蛋白质二维HP模型提出改进的遗传算法对真实蛋白质进行计算机折叠模拟。结果显示疏水能量函数最小值的蛋白质构象对应含疏水核心的稳定结构,疏水作用在蛋白质折叠中起主要作用。研究表明二维HP模型在蛋白质折叠研究中是可行的和有效的并为进一步揭示蛋白质折叠机理提供重要参考信息。     

封面故事

蛋白质折叠是蛋白质从一级结构向三级结构转变的物理过程。蛋白质的正确折叠对其行使正常的生理功能至关重要,错误折叠可以导致疾病的发生。研究蛋白质折叠机理存在诸     

FT-Raman光谱研究金属硫蛋白的折叠过程

为探索金属硫蛋白（ ＭＴ） 的折叠过程,寻找含硫蛋白折叠的动力,采用调节溶液ｐＨ 值的方法,使ＭＴ 处于不同的折叠状态。 测定了在ｐＨ１ ．０ － ７ ．５ 时溶液的Ｒａｍａｎ 谱, 进而得出ＭＴ 结构的变化。实验数据表明,在ｐＨ＝ ４ 时蛋白质的二级结构出现了两个转折点,提示ＭＴ 折叠过程中有两个中间态存在。根据实验结果,对ＭＴ 主链折叠的动力进行了讨论。     

基于结构比较的蛋白质模建系统及其评估：Ⅲ．灵敏的蛋白质结构评估方法

本文按二级结构、疏水性和侧链氢键把蛋白质的局部结构环境划分为６４类,按环境依赖的残基替代频数表构成残基与环境的兼容性分数表,可用来评估一个蛋白质的整体折叠正确与否和检测蛋白质折叠的局部错误。与著名的商品软件Ｐｒｏｆｉｌｅ－３Ｄ相比,此方法不仅能对整体折叠作出合理判断,而且对局部错误的检测更为灵敏。它已成为我们的蛋白质结构模建系统ＰＭＯＤＥＬＩＮＧ的重要模块。     

分子伴侣(MolecularChaperones)与蛋白质的折叠

尽管几百种蛋白质的三维结构已研究得非常清楚,但这些蛋白质折叠成其天然构象的机制与途径仍有待于进一步的研究。有关于蛋白质折叠的一些体外实验确定,决定一个蛋白质三维结构的信息存在于蛋白质的多肽链之中。在体外,一定条件下,在没有任何其他蛋白质存更多还原在下,一些酶和蛋白质可以自我装配成天然构象[1,2].     

去辅基天青蛋白两种天然构象共存的热力学证据 ———差热温度扫描和圆二色的研究

天然态蛋白质能否在溶液中存在多种构象是一个有争议的问题 . 在前报道中已经鉴定出绿脓杆菌去辅基天青蛋白突变体 M121L 可以多种构象共存 . 用差热扫描量热和圆二色性的方法研究了野生型去辅基天青蛋白的热变性 . 结果表明在 pH 从 4.0 到 9.0 的范围内存在着两个摩尔热容最大值 . 较低温度下的去折叠反应在所研究 pH 范围内均部分可逆,而较高温度下的去折叠反应均不可逆 . 蛋白质去折叠的热容变化双峰用可相互转化的两种构象共存模型进行拟合 . 较低温度下能够去折叠的构象在 pH 4.0 时占 64% ,在 pH 9.0 时占 55%. 监测热变性过程中圆二色谱在 219 nm 处的信号变化也可以观测到两个独立的去折叠变化 . 信号变化的比值与在相同条件下差热扫描法测得的两种构象摩尔比一致 . 上述结果进一步支持了前文提出的去辅基天青蛋白在溶液中至少存在着两种构象的设想 .     

动力学接触序: 基于量子跃迁的蛋白质折叠速率参数

把蛋白质折叠看成多肽链上扭转态间的量子跃迁, 依据构象动力学的量子理论, 提出用接触残基间多肽链转动惯量和扭转势能来表征接触特性的动力学接触序, 从而能定量地从动力学角度研究蛋白质折叠速率. 在80个蛋白的数据集上实验, 证实了构象量子跃迁观点的合理性并得到以下结论: (1) 折叠速率与接触转动惯量之间存在显著相关性; (2) 多态蛋白的折叠可以看成在同样转动惯量、温度等条件下的二态蛋白折叠基础上的中间态延迟, 并估计了延迟时间的数量级; (3) 折叠可以分为释能和吸能两类, 蛋白质折叠速率上限由释能折叠决定, 并导出大多数折叠速率大的二态蛋白的量子跃迁过程为释能反应, 而折叠速率小的多态蛋白为吸能反应.     

错误折叠蛋白质的聚集效应及其对策

错误折叠蛋白质大量聚集将引发蛋白质构象紊乱症(protein conformational disorder,PCD)。目前的研究发现,蛋白质聚集过程中的中间体(纤维前体,pre—fibfillar)导致细胞膜结构受损,从而诱发细胞凋亡。根据这一原理设计出的抗纤维前体抗体和干扰肽可以作为PCD治疗的一般性方法。此外,该就消除错误折叠蛋白质聚集的研究方向作了展望。     

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。     

切断能源抑制肿瘤生长

西班牙发现,某些蛋白质即使折叠正确,也能够导致多种蛋白质构象病,这是因为这些蛋白质通常是由两个或两个以上的亚基构成,即使蛋白质折叠正确,如果各亚基在组合过程中发生突变,同样能使该蛋白质成为毒性大分子淀粉体纤维。     

蛋白质折叠速率数据集的构建及分析

近年来,随着高精度的蛋白质折叠速率实验数据的不断积累,使得从蛋白质折叠速率角度研究蛋白质折叠机制的理论工作者,迎来了前所未有的机遇和挑战。然而,却有约100多个蛋白质的折叠速率实验数据散落在2个数据库和若干文献中。为了方便今后的理论工作分析,作者将这些散落数据汇集整理出来,构建了一个包含109个非冗余单体野生型蛋白质的折叠速率数据集,称为PFRD109(protein folding rate dataset 109)。PFRD109所包含的109个蛋白质中,有69个二态蛋白和40个多态蛋白,折叠速率从10-4到106s-1,跨度为10个数量级。链长最短的为16 aa,最长为390 aa,二态蛋白平均长度为78 aa,多态蛋白平均长度为137 aa。当前,生物信息学对蛋白质折叠速率的研究,主要集中于寻找与折叠速率和折叠动力学相关的各种生化参数或拓扑参数,进而实现对蛋白质折叠速率和蛋白质折叠动力学类型的预测。因此,本文还针对PFRD109数据集,就这两个方面进行了一些参数的统计分析。     

蛋白质的错误折叠与疾病

蛋白质是生物体内一切功能的执行者.人体内的任何功能,从催化化学反应到抵御外来侵略都是蛋白质作用的结果.蛋白质折叠是生命活动的最基本过程,近年发现蛋白质的错误折叠可以导致一些疾病.蛋白质的错误折叠与疾病的关系已成为分子生物学新的研究前沿.介绍了细胞内保证蛋白质正常功能的“质量控制”系统,重点讨论了翻译后的质量控制、与蛋白质错误折叠有关的一些疾病和治疗这一类疾病的原则方法.