蛋白质分子立体化学的自动分析——Ⅲ.原子环境分析

这是关于蛋白质分子立体化学自动分析方法报道的第三篇,介绍自动分析原子环境的方法和应用于胰岛素结构所得到的一些结果。现在建立的程序具有多种功能,可以分别给出分子的全部内环境,单纯极性基团的环境,任一氨基酸的环境,以及任意原子基团的环境,还可以单独给出各氨基酸残基的C~α原子之间的距离,作为结构域辨识的参考。对胰岛素分子的计算结果发现,蛋白质分子存在大量弱相互作用,它们对蛋白质的结构和功能都十分重要。     

蛋白质分子立体化学的自动分析——Ⅰ.基本结构化学参数分析

研究建立了一套快速而准确地获取蛋白质分子立体化学信息的方法,并用BCY-O13算法语言在国产O13大型计算机上建立了相应的计算程序。这套方法和程序以X-射线结构分析或其他方法(如计算机模拟)提供的蛋白质原子坐标为基础,可连续计算所有共价键合的原子间的键长、键角及其与标准结构的偏差,自动分析主链、侧链的构象,按要求灵活自如地给出准确的分子内环境。所有计算结果都以带名字的直观形式输出,输入要求也极为简便。程序建立了20种常见氨基酸的库,因而适用于所有天然蛋白质。不用繁杂的原子连接表,只需氨基酸顺序就可进行完整的计算,这是本方法的特点和优点。方法和程序已用于胰岛素分子的计算分析,获得了预期结果。本文是该项工作的第一篇报道,介绍基本结构化学参数的分析。     

蛋白质分子立体化学的自动分析——Ⅰ.基本结构化学参数分析

研究建立了一套快速而准确地获取蛋白质分子立体化学信息的方法,并用BCY-O13算法语言在国产O13大型计算机上建立了相应的计算程序。这套方法和程序以X-射线结构分析或其他方法(如计算机模拟)提供的蛋白质原子坐标为基础,可连续计算所有共价键合的原子间的键长、键角及其与标准结构的偏差,自动分析主链、侧链的构象,按要求灵活自如地给出准确的分子内环境。所有计算结果都以带名字的直观形式输出,输入要求也极为简便。程序建立了20种常见氨基酸的库,因而适用于所有天然蛋白质。不用繁杂的原子连接表,只需氨基酸顺序就可进行完整的计算,这是本方法的特点和优点。方法和程序已用于胰岛素分子的计算分析,获得了预期结果。本文是该项工作的第一篇报道,介绍基本结构化学参数的分析。     

自动编码器方法的蛋白质二级结构预测

蛋白质二级结构预测是进行蛋白质三级结构研究的重要基础,氨基酸的编码方式对二级结构预测有一定的影响。本文应用了一种新的组合编码方式,即将基团编码与位置特异性打分矩阵(PSSM)进行组合的编码方式。本文中提出的基团编码是针对氨基酸的一种新的编码方式,基团编码是根据氨基酸内部组成来进行编码的,由42位属性组成。本文选取位置特异性打分矩阵(PSSM)中的Blosum62进化矩阵和新的基团编码进行组合,形成新的编码方式。然后对CB513和25pdb两组数据分别进行实验。本文中将采用贝叶斯分类器与自动编码器两种方法来对这种新的编码方式进行实验,然后比较这两种方法得到的两组数据的结果。可以很明显的发现采用自动编码器的实验结果要比使用贝叶斯分类器的结果要高出1.65%。在本文的实验中,可以提取特征的自动编码器的预测准确率更好。     

胰岛素晶体中水的一般结构及作用

在1.8分辨率胰岛素同晶置换结构的基础上,运用差值付里叶技术研究了胰岛素晶体中水的结构和作用。晶胞中大约三分之一的水呈结合状态,它们与胰岛素分子彼此以氢键结合。在差值图上,这部分水分子表现清晰而肯定,显示出有序状态。胰岛素分子A、B链各氨基酸残基的极性和荷电基团,除已经彼此以氢键或盐键形成给体-受体“配偶”者和处于分子内部者外,其余几乎都与水分子相结合。蛋白质分子表现出最大限度结合水的倾向。一些水桥和水网络作用于胰岛素分子的A、B链之间和二聚体之间,对胰岛素分子A、B链的正确相关以及二聚化和六聚化都有重要意义。显然通过水分子的作用,使极性和荷电基团形成最大限度的给体-受体“配偶”,是稳定蛋白质三维结构的一个重要因素。大约三分之二的水分子,围绕胰岛素分子形成近似“水合层”的结构。它们在差值电子密度图上,表现弱而弥散,显示出是一些有序性较差的分子。通过结合水在蛋白质分子表面形成一些“抛锚点”,可能是这类水与蛋白质分子相作用的一条途径。它们较大的游动性,对蛋白质分子的动力学性质可能有重要意义。     

胰岛素晶体中水的一般结构及作用

在1.8A分辨率胰岛素同晶置换结构的基础上,运用差值付里叶技术研究了胰岛素晶体中水的结构和作用。晶胞中大约三分之一的水呈结合状态,它们与胰岛素分子彼此以氢键结合。在差值图上,这部分水分子表现清晰而肯定,显示出有序状态。胰岛素分子A、B链各氨基酸残基的极性和荷电基团,除已经彼此以氢键或盐键形成给体-受体“配偶”者和处于分子内部者外,其余几乎都与水分子相结合。蛋白质分子表现出最大限度结合水的倾向。一些水桥和水网络作用于胰岛素分子的A、B链之间和二聚体之间,对胰岛素分子A、B链的正确相关以及二聚化和六聚化都有重要意义。显然通过水分子的作用,使极性和荷电基团形成最大限度的给体-受体“配偶”,是稳定蛋白质三维结构的一个重要因素。大约三分之二的水分子,围绕胰岛素分子形成近似“水合层”的结构。它们在差值电子密度图上,表现弱而弥散,显示出是一些有序性较差的分子。通过结合水在蛋白质分子表面形成一些“抛锚点”,可能是这类水与蛋白质分子相作用的一条途径。它们较大的游动性,对蛋白质分子的动力学性质可能有重要意义。     

药效假说在配体从头设计中的适用性探讨

在基于靶蛋白结构的多肽分子设计中,药效假说是从头设计方法的基本前提。虽然该假说是否成立已有不少议论,但尚未见到系统分析的报道。通过对８个蛋白质复物界面做了氨基酸模拟图谱,并从模拟图谱的结构偏差与能量分量的关系,对药效假说的适用条件进行了讨论。同时也给出一个ＨＩＶ－１蛋白酶及抑制剂复合物的功能图谱。从所得结果来看,药效假说在以氨基酸为药效基团时,尽管不少情况下仍然有效,但不是谱遍成立的。     

药效假说在配体从头设计中的适用性探讨

在基于靶蛋白结构的多肽分子设计中,药效假说是从头设计方法的基本前提。虽然该假说是否成立已有不少议论,但尚未见到系统分析的报道。通过对８ 个蛋白质复合物界面做了氨基酸模拟图谱,并从模拟图谱的结构偏差与能量分量的关系,对药效假说的适用条件进行了讨论。同时也给出一个ＨＩＶ－ １ 蛋白酶及抑制剂复合物的功能图谱。从所得结果来看,药效假说在以氨基酸为药效基团时,尽管不少情况下仍然有效,但不是普遍成立的。     

从胰岛素研究看等构相互作用在分子识别中的作用

蛋白质分子识别的结构基础是蛋白质的三维结构或折叠,其信息存在于氨基酸序列中。在比较功能已知或未知蛋白质的结构同源性时,常常是根据氨基酸残基的疏水性或亲水性。胰岛素定位突变的研究显示出了“等构相互作用”＾＃在考虑蛋白质同源性中的重要性。“等构相互作用”这一概念使得蛋白质结构与功能研究的视野更加开阔,同时在制药工业中开发多肽与蛋白质的类似物或模拟物有更多的选择。     

化学交联在蛋白质结构研究中的应用

在交联剂分子两端各有一个相同或不同的活性基团,它们能与蛋白质侧链上的氨基、巯基、羟基等形成共价交联.利用交联反应,可以测定寡聚蛋白质的亚基数量、研究蛋白质的高级结构、测量氨基酸残基间的距离及研究蛋白质间的相互作用.     

蛋白质中原子与基团的可及性的一种新计算方法及其应用

实现了一种新的蛋白质中原子层次可及面积的计算方法－Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模拟方法。计算了溶菌酶各个原子与功能基团的可及性,并应用于蛋白质结构和功能的研究中。使得对蛋白质性能的预测更准确,提供了一种对蛋白质结构和功能研究的新思路。     

二硫键与蛋白质的结构

二硫键是肽链上2个半胱氨酸残基的巯基基团发生氧化反应形成的共价键．具有链内二硫键和链间二硫键2种形式。与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同．二硫键容易被还原而断裂,断裂后可再次氧化重新形成二硫键,因而是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键,对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。讨论了二硫键的形成和特征及其与蛋白质结构和功能之间的关系,并讨论了生物学教学中关于二硫键的一些疑问．     

卫星电视教学辅导

蛋白质是细胞内含量最丰富,具有极其重要功能的生物大分子。本章着重介绍蛋白质及其基本组成单位氨基酸的分解与合成代谢。生物体内具有各种蛋白酶,可以把蛋白质降解为氨基酸。以人和动物消化道中的蛋白酶为例,按其作用方式不同可以分为肽链外切酶,肽链内切酶及二肽酶。在这些酶的综合作用下,蛋白质水解成氨基酸,进入细胞内代谢。各种氨基酸虽侧链基团各不相同,但都具有氨基和羧基,因而具有共同的分解代谢途径——脱氨基作用与脱羧基作用。本章仅介绍氨基酸的共同的分解代     

膜蛋白侧向扩散运动的测定

根据生物膜流动镶嵌模型,生物膜的基本结构是功能蛋白质分子浮动镶嵌于类脂双分子层中。带有双亲性基团(亲水基和疏水基)的类脂分子在水解质中由于其结构特性可形成有序的溶致近晶相液晶,蛋白质分子嵌于双层膜内,它处于液晶态环境里,具有快速扩散的可能性。在合适的条件下,蛋白质分子在膜中可进行快速的自由旋转扩散和侧向扩散运动。由于     

基于K-mer扭转角偏好的蛋白质结构类型预测

蛋白质的序列、结构和功能多种多样.大量研究表明蛋白质的结构与其氨基酸序列的排序有关,并且局部的氨基酸序列环境对蛋白质的结构具有一定的影响.本文提出一种新的基于5-mer氨基酸扭转角统计偏好的蛋白质结构类型预测方法,在该方法通过PDB数据库中5-mer中间氨基酸的扭转角统计偏好来进行结构类型的预测.新方法可以通过计算机仿...     

非解朊栖热菌HG102耐热β-糖苷酶的结构与功能研究

非解朊栖热菌HG10 2耐热 β-糖苷酶为 (β/α)₈桶状结构 ,是具有水解功能和转糖苷功能的单体酶。该酶可以作为一个很好的模型来研究糖苷酶的反应机制、底物特异性和耐热的分子基础。根据对该酶的晶体结构解析和同家族酶的结构比较 ,推测Glu164和Glu338分别是质子供体和亲核基团两个活性位点 ;在α-螺旋N端第一位的脯氨酸和蛋白质外周的精氨酸是耐热机制的关键位点和关键氨基酸残基。为确定这些氨基酸残基的功能 ,通过基因定点突变的方法分别把Glu164、Glu338、Pro316、Pro356、Pro344和Arg325置换成Gln、Ala、Gly、Ala、Phe和Leu ,同时还对Pro316和Pro356进行了双置换。突变酶经过纯化得到电泳纯 ,用CD光谱进行了野生酶和突变酶的结构比较。通过突变酶的酶功能和酶学性质分析 ,结果表明Glu164和Glu338分别是质子供体和亲核基团 ,亲核基团的突变酶TnglyE338A可以合成混合型糖苷键寡糖类似物 ;在α-螺旋N端第一位的Pro316和Pro356以及在蛋白质外周形成离子键的Arg325均是对耐热性有贡献的关键氨基酸残基。     

圆二色光谱在蛋白质结构研究中的应用

近几年来,圆二色光谱在蛋白质结构研究中的应用越来越广泛。通过对远紫外圆二色光谱的测量,可以推导出稀溶液中蛋白质的二级结构,进而分析和辨别蛋白质的三级结构类型;通过对近紫外圆二色光谱的测量和分析,可以推断蛋白质分子中芳香氨基酸残基和二硫键的微环境变化,研究介质与蛋白质结构间的关系;通过测定实验参数和环境条件变化时的圆二色光谱,可以研究蛋白质构像变化过程中的热力学和动力学特性。     

蛋白质二级结构指定

蛋白质二级结构是指蛋白质骨架结构中有规律重复的构象。由蛋白质原子坐标正确地指定蛋白质二级结构是分析蛋白质结构与功能的基础,二级结构的指定对于蛋白质分类、蛋白质功能模体的发现以及理解蛋白质折叠机制有着重要的作用。并且蛋白质二级结构信息广泛应用到蛋白质分子可视化、蛋白质比对以及蛋白质结构预测中。目前有超过20种蛋白质二级结构指定方法,这些方法大体可以分为两大类:基于氢键和基于几何,不同方法指定结果之间的差异较大。由于尚没有蛋白质二级结构指定方法的综述文献,因此,本文主要介绍和总结已有蛋白质二级结构指定方法。     

蛋白质电导率的跃迁机理及其应用

总结了近年来关于蛋白质电导率的理论研究工作,简要介绍和评述了过去已有的对蛋白质电导率的研究工作,讨论了对蛋白质分子作完整分子的电子结构和理论电导率计算的近似方案和计算方法,由计算结果总结出蛋白质的电子结构和理论电导率的基本特性．最后,根据对胰岛素的计算结果提出了胰岛素及其受体在跨膜信号传递中的电子通道模型．     

核磁共振波谱应用于结构生物学的研究进展

综述了核磁共振波谱在结构生物学研究中的进展。在溶液中测定生物大分子的结构,分子大小的限制正被减少,尽管新结构的测定仍然需要付出比较大的努力。核磁共振是一个有效的手段,可用于研究在许多细胞过程中存在的弱的或者瞬态的蛋白质-蛋白质相互作用。结构的柔性在蛋白质分子功能中起了中心作用。由于最近方法学的发展,使NMR可以表征蛋白质的动力学,从而可以对分子机制有新的认识。核磁共振波谱可以在原子分辨率下表征无序的蛋白质系统,可以研究折叠路径。跨膜蛋白在细胞中起了关键作用,这使它们成为药物的靶标。应用液体和固体核磁共振技术已经成功测定了跨膜蛋白质的结构。