用于生物大分子晶体结构修正的差值Fourier综合程序系统

在国产大型通用电子计算机013上建立了用于生物大分子晶体结构晶体学修正的差值Fourier综合程序系统。该程序包括坐标和温度因子增量的自动分析和计算,配合适当的人工干预可使繁杂而艰苦的修正过程连续进行,实现了差值Fourier修正的半自动化。应用本程序系统对1.8埃分辨率的胰岛素晶体结构进行了十一轮差值Fourier修正。偏离因子R值从38.8%降到21.0%。修正后的Fourier图提供了包括蛋白质和水在内的更精细的结构信息。     

0.21nm分辨率BO-(L-精氨酸)牛胰岛素晶体结构研究

应用差值Fourier技术,立体化学最小二乘技术和XPLOR程序并辅以电子密度图的人工拟合,以三方二锌猪胰岛素模型为起点,解析了0.21nm分辨率BO-(L-精氨酸)牛胰岛素的晶体结构,最终R因子为18.2%,与标准键长与键角的均方根偏差分别为0.0022nm和 4.3°.从电子密度图与模型的拟合来看,独立区两个分子中B链N端加长的L-精氨酸清晰可见.相对于三方二锌猪胰岛素分子,B链N端晶体学微环境发生了变化.     

天花粉蛋白Glu189在N-糖苷酶活性中的作用

培养了(E160A,E189A)TCS(天花粉蛋白)的单晶。用浸泡法得到了(E160A,E189A)TCS与Ade复合物的晶体。在MarResearch面探测器系统上分别收集了均为0.20nm分辨率的X射线衍射数据,数据处理用MarScale程序系统完成。用同晶差值Fourier法解析了(E160A,E189A)TCS和(E160A,E189A)TCS-Ade的晶体结构,结构修正利用X-PLOR程序.修正结果,晶体学R因子分别为0.180、0.184,键长和键角的RMS偏差分别为0.0012nm和2.566°、0.0012nm和2.622°。在(E160A,E189A)TCS-Ade中,Ade仍结合在N-糖苷酶活性口袋之中,它夹在Tyr70和Tyr111两个侧链环之间,与Tyr70环近乎平行。这一结果表明:TCS中的Glu160和Glu189同时突变成Ala,仍能与AMP发生N-糖苷酶反应.前文已经证明在(E160A)TCS中Glu189没有援救作用。目前,没有发现Glu189对TCS与AMP的直接作用,但Glu189与其它残基的协同作用及其在TCS与rRNA作用中扮演什么角色,尚待进一步研究。     

R22L天花粉蛋白的晶体结构

培养了R2 2LTCS的单晶 ,在SIEMENSX 2 0 0B面探测器系统上收集了一套 0 .1 91nm分辨率的X射线衍射数据 .数据处理用XENGEN程序系统完成 ,数据使用到 0 .2 2 0nm .用同晶差值Fourier法解析了突变体的晶体结构 ,经XPLOR程序修正得到了R2 2LTCS的分子结构 ,并找到了 6 1个水分子 ,最后R因子为 0 .1 82 ,键长和键角RMS偏差分别为 0 .0 0 1 3nm和 2 .770°.在R2 2LTCS分子中 ,与A1 6 1 ,A1 6 2主链氧成氢键的 2 2位精氨酸被亮氨酸取代后形成的空穴被水分子 2 91和 2 96所占据 ,与 2 2位Arg形成盐键相互作用的 1 6 8位Glu的侧链与TCS相比 ,转动了大约 5 0° ,羧基折向相反方向 ,并通过水分子 2 93与 1 6 5位的Lys侧链氨基桥连 .这些水参与的氢键网络部分代替了原R2 2的作用 .还讨论了二级结构间的保守氢键和盐键对活性口袋构象的影响     

(E160A)和(E160D)天花粉蛋白两种突变体晶体结构研究

培养了（Ｅ１６０Ａ）ＴＣＳ和（Ｅ１６０Ｄ）ＴＣＳ的单晶。在ＭＡＲＲｅｓｅａｒｃｈ面探测器系统上分别收集了０．１９３ｎｍ和０．２０ｎｍ分辨率的Ｘ射线衍射数据。数据处理用ＭＡＲＳＣＡＬＥ程序系统完成。用同晶差值Ｆｏｕｒｉｅｒ法解析了突变体的晶体结构,结构修正利用Ｘ－ＰＬＯＲ程序。修正结果,晶体学Ｒ因子分别为０．１７５,０．１７９,键长和键角的ＲＭＳ偏差分别为０．００１１ｎｍ和２．４５７°,０．００１３ｎｍ和２．６７５°。在这两个突变体的结构中均未见到Ｇｌｕ１８９侧链方向的改变。通过对（Ｅ１６０Ａ）ＴＣＳ和（Ｅ１６０Ｄ）ＴＣＳ的结构比较,说明（Ｅ１６０Ｄ）ＴＣＳ活性低于（Ｅ１６０Ａ）ＴＣＳ的原因：这可能是由于在（Ｅ１６０Ｄ）ＴＣＳ中Ｔｙｒ１１１和Ｔｙｒ７０的侧链都具有较大的运动性,使它们与腺嘌呤碱基的芳香堆垛作用减弱,从而导致活性的降低     

7号淀粉酶链霉菌M1033菌株木糖异构酶晶体结构研究

7号淀粉酶链霉菌M1033菌株木糖异构酶(SDXyI).19nm分辨率晶体结构已经解出.晶体空间群为I222,晶胞参数为a=9.884nm,b=9.393nm,c=8.798nm.参考锈赤链霉菌木糖异构酶(SRXyI)的晶体结构模型,通过分析晶体密堆积关系和晶体学R因子搜索,获得了SDXyI晶体结构的初始模型.采用PROLSQ软件包使用0.60～0.19nm分辨率衍射数据对模型进行了修正.最终模型的晶体学R因子为0.177,键长键角均方根偏差分别为0.0019nm和2.1°.与SRXyI相比较,SDXyI整体构象未发生明显变化,活性中心构象有显著差异.     

胰岛素单斜晶体(B型)结构的分子置换法研究

在含有ZnCl₂的柠檬酸缓冲体系中,保持苯酚浓度在0.76％～1.25％之间,获得了胰岛素单斜晶体(B型),空间群为P2₁,晶胞参数为:a=4.924 nm,b=6.094nm,c=4.818nm,β=95.8°,每个独立区包含有由6个胰岛素分子构成的1个六聚体。以四锌牛胰岛素六聚体作模型,用X-PLOR软件中的旋转函数程序和本实验室的分子密堆积程序,获得了胰岛素单斜晶体(B型)结构的初始相位。借助生物大分子刚体精化技术对模型进行了初步精化,用能量极小化的立体化学制约的最小二乘精化技术并辅以差值Fourier图人工分析对模型进行了调整和精化。最终R因子为22.4％,键长和键角与标准键长和键角的偏差分别为0.0022nm和4.7°。     

红藻条斑紫菜变藻蓝蛋晶体结构的分子置换法研究

以蓝藻钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)变藻蓝蛋白(APC-SP)的晶体结构为搜索模型,运用AMoRe程序,对红藻条斑紫菜(Porphyra yezoensis)变藻蓝蛋白(APC-PY)的晶体结构进行了分子置换法研究.APC-PY晶体(晶型3)属R32空间群,晶胞参数为a=b=10.53 nm,c=18.94 nm,α=β=90°,γ=120°.在单位晶胞的每个结晶学不对称单位中含一个αβ单体.在获得交叉函数解的基础上,进行了平移函数搜索,给出了Cc值和R因子分别为67%和36.1%的最佳平移解.所得分子置换法的结果被用于APC-PY初始结构模型的构建和结构精化,经一系列2Fo-Fc OMIT图的综合验证分析,进一步证实了所得分子置换法解的正确性.     

天花粉蛋白Glu160在N-糖苷酶活性中的作用

用浸泡法得到了（Ｅ１６０Ａ）天花粉蛋白（ｔｒｉｃｈｏｓａｎｔｈｉｎ, ＴＣＳ）,（Ｅ１６０Ｄ）ＴＣＳ与Ａｄｅ 和（Ｅ１６０Ａ）ＴＣＳ与ＦＭＰ复合物的晶体．在Ｍａｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ 面探测器系统上分别收集了０．２０ ｎｍ ,０．１９ｎｍ 和０．２０５ ｎｍ 分辨率的Ｘ 射线衍射数据,数据处理用Ｍａｒ Ｓｃａｌｅ 程序系统完成．用同晶差值Ｆｏｕｒｉｅｒ法解析了（Ｅ１６０Ａ）ＴＣＳ－Ａｄｅ,（Ｅ１６０Ｄ）ＴＣＳ－Ａｄｅ 和（Ｅ１６０Ａ）ＴＣＳ－ＦＭＰ的晶体结构,结构修正利用Ｘ－ＰＬＯＲ程序,修正结果,晶体学Ｒ因子分别为０．１６６,０．１７６,０．１７９．键长和键角的ＲＭＳ偏差分别为０．００１０ ｎｍ 和２．５０３°,０．００１３ ｎｍ 和２．６６５°,０．００１２ ｎｍ 和２．６７６°．在这三个结构中均未见到Ｇｌｕ１８９侧链方向的改变．Ａｄｅ 或ＦＭＰ仍结合在Ｎ－糖苷酶活性口袋之中,它夹在Ｔｙｒ７０和Ｔｙｒ１１１两个侧链环之间,与Ｔｙｒ７０环近乎平行．这一结果表明：ＴＣＳ中的Ｇｌｕ１６０分别突变成Ａｌａ 和Ａｓｐ,仍能与ＡＭＰ发生Ｎ－糖苷酶反应,但是活性降低了一些．可见Ｇｌｕ１６０对ＴＣＳ与ＡＭＰ的作用是重要的,但不是必要的．     

生物大分子结晶学中的刚体修正方法

刚体修正方法是修正生物大分子初结构的取向和位置的一个很有效的方法.本文简要地介绍了Fourier搜索法,CORELS刚体修正法及TRAREF刚体修正法三种方法,并给出了它们在不同的蛋白质结构测定中应用的结果.     

1．9A分辨率Al－（L－丙氨酸）胰岛素晶体结构研究

使用Ｘ－ＰＬＯＲ及立体化学制约最小二乘精化技术,并结合差值Ｆｏｕｒｉｅｒ图人工分析,测定了１．９　分辨率Ａｌ修饰丙氨酸胰岛素的晶体结构,晶体空间群为Ｒ３,晶胞参数：ａ＝ｂ＝８０．８９,ｃ＝３７．６４。精化后的结构模型最终偏离因子Ｒ＝０．１８５,同理想键长和键角的均方根偏差分别为０．０１８和３．５°,独立区内二个分子的Ａ链Ｎ端Ａｌ－丙氨酸残基清晰可见。     

经各向异性温度因子修正后的1.2A分辨率的猪胰岛素晶体结构——温度因子的结构信息,水分子,氢原子和氢键体系

本文主要报道在1.2(?)高分辨率利用限制立体化学参数的倒易空间最小二乘技术对胰岛素的非氢原子进行各向异性温度因子修正后的结果。在修正后的电子密度图上,少数原子电子密度的各向异性分布有明显表现;80％的氢原子的电子密度有不同程度的反映;修正建立的包括水和溶剂体系,氢原子和氢键在内的胰岛素分子的精确结构模型,为各种胰岛素类似物结构的分析和比较,以及结构与功能关系的研究提供了可靠的,精度的参照和基础。     

太行山南麓低山丘陵区栓皮栎直径变化及其与环境因子的关系

使用周长传感器(Circumference DC2)研究了太行山南麓低山丘陵上栓皮栎人工林树干直径的日变化及其影响因子.结果表明:在季节性干旱期间,栓皮栎树干的直径变化周期性明显,直径收缩与液流启动时间基本一致,直径最小值滞后于液流速率最大值3 ～4 h;栓皮栎直径日最大收缩量(MDS)呈现低-高-低的变化趋势,与累积液流通量和叶片水势日差值极显著相关,与土壤含水量呈显著的二次方程关系.MDS值受气象因子变化的影响,与温度日差值、蒸汽压亏缺日差值和相对湿度日差值显著相关,而与太阳辐射日差值的相关性不显著.连续降水后,土壤水分不再是栓皮栎直径变化的限制因子,MDS值与累积液流通量、叶片水势、土壤含水量和气象因子差值的相关性均不显著.季节性干旱期和雨季的土壤含水量和温度是影响树干直径日变化的主要因子.     

马氏钳蝎酸性神经毒素(Bmk M8)0.25nm分辨率晶体结构测定

马氏钳蝎中一种酸性弱神经毒素BmK M8的晶体结构测定.BmK M8的X射线衍射数据用面探测器收集,利用碱性蝎神经毒素AaHⅡ的晶体结构作初始模型,取1.5～0.35nm范围的强度数据,应用分子置换法,经交叉旋转函数,PC-refinement和平移函数的计算,确定了BmK M8分子在晶胞中的正确取向和位置,建立初始模型.从该模型提供的初始位相出发,得到了BmK M8晶体的初始相角,采用立体化学制约的最小二乘修正技术在0.8～0.25nm分辨率范围内进行了结构精化.修正结果,最后的晶体学 R因子为0.171,键长标准偏差为 0.0019nm,键角标准偏差为2239°.BmK M8分子由1段两圈半a螺旋(由19～28位氨基酸组成)和3段反平行的β折叠(由2～4,32～37,45～51位氨基酸组成)构成三维折叠的核心,由此核心向外伸出3个Loop区.描述了BmK系列之一的BmK M8分子的肽链折叠特征,辨识出可能存在于所有蝎毒素中的共同的结构模块(Motif),并讨论了保守的芳香残基和荷电残基的空问分布特征及其与毒性的可能关系.这是首次报道一种酸性神经毒素的晶体结构.     

来源于Eisenia fetida的蚯蚓纤溶酶组分A的多对同晶置换法相位求解

来源于Eisenia fetida的蚯蚓纤溶酶组分A, 既是直接的纤溶酶, 又是纤溶酶原激活物的蛋白质, 已经被结晶. 晶体属于正交晶系, 空间群为P2₁2₁2₁, 每一个不对称单位含有3个蛋白质分子. 为了解析该蛋白质的衍射相位, 使用含有1.4 mol/L Li₂SO₄, 0.1 mol/L MOPS(pH 7.2)的重原子浸泡母液制备了4种合用的重原子衍生物. 用差值Patterson法和差值Fourier法确定了衍生物晶体中重原子的位置, 并将其联合修正获得0.25 nm分辨率的初始蛋白质结构相位. 通过重原子位置关系确定了不对称单位中3个独立蛋白质分子之间的非晶体学对称关系, 并利用其对初始的电子密度进行平均, 大大提高了电子密度质量, 为进一步的结构解析奠定了基础.     

亚天花粉蛋白突变体(R163H n-TCS和R163Q n-TCS)的晶体结构研究

用悬滴汽相扩散法得到了Ｒ１６３Ｈｎ－ＴＣＳ和Ｒ６１３Ｑｎ－ＴＣＳ的晶体,Ｍａｒ－Ｒｅｓｅａｒｃｈ面探测器系统上分别收集了０．２００和０．２０５ｎｍ分辨率的Ｘ－射线衍射数据,采用同晶差值傅立叶法解析结构,用Ｘ－ＰＬＯＲ软件包进行修正,最后的晶体学Ｒ因子分别为０．１８４和０．１８５,键长偏差分别为０．００１３ｎｍ和０．００１４ｎｍ,键角偏差分别为２．５９０和２．８１５,结构测定显示Ｒ１６３Ｈｎ－ＴＣＳ     

2.2埃分辨率B链N端去三肽猪胰岛素(DesB1-3INS)的晶体结构研究

应用同晶差值Ｆｏｕｒｉｅｒ技术和立体化学制约最小二乘精化技术,测定了２．２Ａ。分辨率ＤｅｓＢ１－３ＩＮＳ的晶体结构。晶体属于Ｒ３空间群。精化后的结构模型最终Ｒ因子为０．１７８,同标准键长、键角的均方根偏差分别为０．０１７Ａ。和２．９９°。从电子密度图与模型的拟合来看,独立区内两个分子Ｂ链Ｎ端残基的表现十分清晰,相对于三方二锌猪胰岛素的两个分子,ＤｅｓＢ１－３ＩＮＳ分子Ｉ中Ｂ链Ｎ端的构象发生了变化     

马氏钳蝎中性神经毒素BmK M4 0.20nm晶体结构测定

BmKM4是一种中性蝎神经毒素,在BmK系列中具有中等毒性,属GroupⅢα-型毒素.纯化样品结晶为六方晶体,空间群为P61.运用X射线衍射分析技术,通过分子置换法在0.20nm分辨率水平测定了BmKM4晶体结构,并对模型结构进行了修正.最后的晶体学R因子为0.142,自由R因子为0.173,模型的标准键长偏差为0.0015nm,标准键角偏差为1.753°.在一个不对称单位里加入了64个水分子.精化的结构显示第10位残基含有1个反常的非脯氨酸顺式肽键.将精化后的结构与GroupⅡα-型蝎毒素BmKM8(酸性弱毒素)的结构进行比较,并以此为基础讨论该cis肽键可能的结构意义.     

RNA剪接因子结构与功能研究进展

RNA剪接是一个多步骤、形成多种中间状态复合物的复杂过程.尽管在已经发现的一百多种pre-mRNA剪接相关因子中,仅研究了约8%相关蛋白质的空间结构,已充分显示对剪接相关因子三维晶体结构以及溶液结构的测定与研究,在理解RNA剪接的复杂机理以及生物学特性中具有不可替代的重要意义.     

商陆种子抗病毒蛋白的0.25nm分辨率晶体结构

在高蛋白浓度 ( 1 0 0mg/mL)和高温 ( 33℃ )条件下得到了美洲商陆种子抗病毒蛋白的单晶 ,具有较高的衍射分辨率 .用分子置换法在 0 .2 5nm分辨率确定了该蛋白晶体结构的初始模型 ,经分子动力学修正技术精化 ,晶体学R因子为 1 8.1 5 % ,键长键角对理想值的均方差分别为 0 .0 0 1 6nm和 2 .0 4° .通过与另外两种商陆抗病毒蛋白结构的比较 ,发现连接第 5条 β链段和第 2个α螺旋的环套区位于活性中心附近 ,并且为序列和结构的多变区 ,其上分布着可能的活性残基 ,因而可能是与活性差异有关的区域