去污剂的性质及其在膜蛋白结构生物学中的应用

膜蛋白在诸多生物过程,如呼吸作用、光合作用、信号识别和分子转运等方面发挥着重要作用,近年来,去污剂的快速发展,在一定程度上极大地推动了膜蛋白研究的进展。去污剂广泛应用于膜蛋白的提取、增溶、纯化、理化性质及结构研究,然而如何选择合适的去污剂往往是一项复杂的任务。本文从以下两个方面入手系统地描述了去污剂的重要理化性质及其在膜蛋白结构功能研究中的应用,（1）去污剂结构及其对去污剂性质和水溶性的影响,去污剂形成胶束的条件及影响去污剂胶束形成的其他因素。希望这些关于去污剂的基本性质和参数的介绍,可以为相关科研工作者选用去污剂提供一个理论依据。（2）去污剂抽提膜蛋白的流程和注意细节,去污剂对膜蛋白纯化时分子量测定的影响,膜蛋白研究中去污剂的置换与去除,膜蛋白结构、功能研究案例归纳。希望这些应用细节、课题研究,可以为相关科研工作者研究膜蛋白结构功能时提供一个经验借鉴。     

融合标签技术在膜蛋白结构研究中的应用

膜蛋白高级结构的研究包括不同的层次,即膜蛋白拓扑学结构的研究、利用核磁共振技术和蛋白质晶体衍射技术对三维结构的研究,以及膜蛋白复合体的研究。在研究过程中,如果能够基于膜蛋白的拓扑学结构预测,选择合适的蛋白质或多肽融合标签,利用基因融合技术在基因水平上对膜蛋白进行改造,可以产生含有融合标签的重组膜蛋自,不仅具有原有膜蛋白的功能活性,还具有融合标签所特有的生理生化特性,将会极大地促进膜蛋白结构和功能的研究。我们就目前膜蛋白结构研究中所涉及的融合标签技术及其应用策略和所取得的进展做一简述。     

膜蛋白晶体的生长及其进展

生物膜中与脂双层结合的蛋白质称为膜蛋白.由于它们具有很大的疏水表面以及既亲水又疏水的两性特点致使其纯化与结晶都十分困难.在膜蛋白晶体生长系统中引入小分子去污剂与小的两性分子获得突破性进展.迄今为止,结晶出来的膜蛋白为数不多.其中只有光合细菌绿色红假单胞菌及球型红假单胞菌的反应中心得到3分辨率的晶体结构与解析.一系列膜蛋白形成二维晶体,可用电子显微镜与像重构技术获得三维结构信息.     

膜蛋白结构解析中的重要进展

概述了膜蛋白结构研究的重要性。介绍了应用X射线晶体学技术解析大肠杆菌乳糖通透酶LacY三维结构取得的重要进展——发现磷脂含量在膜蛋白结晶中所起的关键性作用。为未来膜蛋白结构的解析提供了新的思路。     

膜蛋白结构研究方法新进展

膜蛋白是一类结构独特的蛋白质,执行很多基本的和重要的细胞生物学功能。了解膜蛋白在生物膜上的基本构象,对研究膜蛋白的精细拓扑结构、功能具有重要意义。但是膜蛋白的疏水特性使其需要与生物膜共同形成稳定的自然构象,至今在蛋白质组学的研究中对膜蛋白知之甚少。了解分子结构是了解生物大分子功能的一个重要途径。因此,本文对近来膜分子结构研究领域的进展作一简要概述。晶体学方法、单颗粒方法和原子力显微镜为膜蛋白的研究提供了大量的细节数据。固相核磁共振技术提供了跨膜α螺旋结构的方向约束数据和精确的分子间距离约束数据。直接位点标记的旋转电子顺磁共振可以得到更长的距离约束数据,但是目前的标记策略仍然具有局限性。位点特异的红外二色性分析可使得在脂双层中定向分析跨膜α螺旋束成为可能。     

G蛋白偶联受体结构生物学进展

G蛋白偶联受体(GPCR)是具有7次跨膜螺旋的细胞整合膜蛋白,它们广泛地参与感光、气味、神经传递以及细胞增殖、分化、迁移等各类生理活动的调控.是现代药物研发的重要靶点.然而,GPCR结构生物学研究却受到高质量蛋白制备、稳定性以及结晶方法等方面的限制.近年来,随着新型膜蛋白表达体系、新型去污剂、膜蛋白纯化及结晶技术的发展.使得G蛋白偶联受体结构解析工作取得了可喜的进展,也为进一步解析更多GPCR精细结构及相关药物研发奠定重要基础.     

表位标签技术在膜蛋白研究中的应用

膜蛋白的研究包括埘膜蛋白在细胞内的运输和定位,膜蛋白的结构和功能,以及膜蛋白和其他蛋白质间的相互作用等方面的研究.在研究过程中,如果能够基于膜蛋白的拓扑学结构预测,选择合适的表位标签,利用基因融合技术在基因水平上对膜蛋白进行改造,可以产生含有表位标签的重组膜蛋白,不仅具有原有膜蛋白的功能活性,还能够被抗体特异性识别,并且结合相关的免疫荧光检测技术,将会极大地促进膜蛋白的结构和功能研究.本文就目前膜蛋白研究中所涉及的表位标签技术及其应用策略和所取得的进展作一简述.     

生物膜膜蛋白三维结构研究的现状与展望

1　生物膜膜蛋白三维结构研究的重要性与迫切性　　细胞是生命的基本结构与功能单位 .细胞的外周膜与细胞内的膜系统称为生物膜 .细胞的能量转换、信息识别与传递、物质运送和分配等基本生命现象都与生物膜密切相关 .生物膜是由蛋白质、脂类以及碳水化合物等组成的超分子体系 ,膜蛋白是膜功能的主要体现者 .生物膜膜蛋白可分为外周膜蛋白和内在膜蛋白 ,后者约占整个膜蛋白的 70 %～ 80 % ,它们部分或全部嵌入膜内 ,有的则是跨膜分布 ,如受体、离子通道、离子泵、膜孔、运载体(ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ)以及各种膜酶等等 .象水溶性蛋白质一样 …     

去垢剂在膜蛋白研究中的应用

去垢剂是同时具有亲水极性基团和疏水非极性基团的双极性分子,能够使脂膜解体释放膜蛋白,并在溶液中为去膜状态下的膜蛋白提供疏水环境,维持和保护膜蛋白的疏水跨膜结构,在膜蛋白的结构和功能研究中有重要的意义。去垢剂的双极性和理化特性,如临界胶束浓度能够极大影响去垢剂和膜蛋白间的相互作用。在膜蛋白研究中,需要充分利用去垢剂的结构和特性:一方面,需要利用去垢剂代替脂质分子支持和稳定去膜状态下膜蛋白的结构和功能;另一方面,需要控制去垢剂和膜蛋白的相互作用,以满足膜蛋白结构研究如蛋白质结晶试验的要求。简要介绍了去垢剂在膜蛋白研究中的最新应用进展,涉及去垢剂在膜蛋白离体表达、分离和纯化、以及结构研究中的应用。     

线粒体呼吸链膜蛋白复合物Ⅱ的三维结构解析

线粒体作为细胞器,是细胞内的动力工厂,是细胞发生有氧呼吸作用的主要场所,它的功能是通过氧化磷酸化进行能量转换,为细胞活动提供能量。其中,氧化过程由线粒体内膜上的4个呼吸链膜蛋白复合物(简称复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)来完成。近20年来,解析这4个膜蛋白复合物的结构一直是生物学研究的热点。     

Detergent sensitivity and splitting of isolated liver gap junctions

Summary Isolated rat liver gap junctions were split by two methods. In the first method, isolated gap junctions were stabilized by cross-linking their cytoplasmic surfaces with glutaraldehyde under conditions that prevented the entry of glutaraldehyde into the gap region. The stabilized junctions were then split in the junctional gap with SDS. In the second procedure, unfixed gap junctions were split by incubation in ureacontaining solutions. Junctional splitting was monitored by electron microscopy of thin sectioned and freeze fractured membrane pellets. Sidedness of the split junctional membranes was defined by labeling their cytoplasmic surfaces with glutaraldehyde-activated ferritin before splitting with urea. Gap junctional splitting did not result in any loss of protein components as determined by SDS-gel electrophoresis. The glutaraldehyde cross-linking procedure was also used to determine the effects of various detergents on the protein-protein interactions in the gap region. Of the detergents tested, only SDS caused junctional splitting.     

结构生物学研究在中国

1970年代初期,中国科学工作者测定了亚洲地区第一个蛋白质晶体结构——猪胰岛素三方二锌晶体结构,成为中国结构生物学历史发展的起点.进入新世纪,该学科领域已进入国际前沿,展现出快速发展态势,正在迎来发展新时期.本篇评述包含"历史发展","现代化实验设施建设"和"深入生命世界,走进国际前沿——近年代表性研究成果集萃"三个主题节段,以较全视野反映结构生物学研究在中国的发展历程.     

冷冻电子显微学在结构生物学研究中的现状与展望

冷冻电子显微学近年来在电子显微镜的硬件设备及结构解析的软件算法等方面取得了多个重要的技术突破,正在成为结构生物学研究的重要技术手段,为越来越多的生物学研究者所重视.冷冻电子显微学的技术特点决定了它所具备的一些独特优势和发展方向,同时作为一个正在迅速发展的科学技术领域,需要多学科的交叉促进.本文主要介绍冷冻电子显微学的研究现状及面临的技术挑战,并提出未来可能实现结构生物学与细胞生物学不同尺度的研究在冷冻电子显微学技术上融合的新方法.     

系统生物学中的数学模型方法及其应用

综述了当前在系统生物学研究领域中常用数学模型的建立和研究方法,介绍了通量平衡分析、基元通量模式、生化系统理论,以及代谢控制分析等模型的理论基础和发展背景,讨论了这些模型之间的联系、区别,以及适用范围,并总结了这些模型在分析代谢网络结构、优化代谢途径、指导菌种改进以提高琥珀酸、色氨酸、乙醇等重要化工品生产率和转化率中的实际应用。     

结构生物学研究的一些新进展

近年来,结构生物学的发展呈现出快速增长的新态势.精确测定的生物大分子结构以指数曲线增加,速率已达到5.1个/d.截止1998年4月的统计,已从PDB库释放出来的生物大分子原子坐标套数已达7 454.同时,以精确结构知识为基础揭示生命活动的规律已达到前所未有的深度和广度.在技术和方法方面,近年来第三代同步辐射的应用与一些新方法的结合,可用极小的晶体测定极大的结构,使某些膜蛋白及亚细胞器的精确结构测定成为可能.NMR溶液结构测定的分子质量已突破35 000,电子晶体学阐释结构的分辨率已接近0.3 nm,可探测的动态过程的时间尺度已达到10^－9 s.结构生物学与基因组学的结合正在产生一个新的科学领域：结构基因组学（structural genomics）,它在未来后基因组时代的生物学中占有重要地位.     

中国流感病毒结构生物学研究——40年回眸

自20世纪70年代以来,中国结构生物学研究日新月异,在多个生命科学领域取得了丰硕成果.近年来,在流感病毒研究领域,也做出了不少出色工作,包括流感病毒的跨种间传播机制和聚合酶复合物结构解析等.本文对国内外流感病毒蛋白的结构生物学进展做一简单总结,为大家提供一个视角,纵观我国病毒结构生物学的发展历程.     

Fine Sampling of Sequence Space for Membrane Protein Structural Biology

We describe an enhancement of traditional genomics-based approaches to improve the success of structure determination of membrane proteins. Following a broad screen of sequence space to identify initial expression-positive targets, we employ a second step to select orthologs with closely related sequences to these hits. We demonstrate that a greater percentage of these latter targets express well and are stable in detergent, increasing the likelihood of identifying candidates that will ultimately yield structural information.     

26S蛋白酶体的结构生物学研究进展

26S蛋白酶体是真核细胞内负责蛋白质降解的主要分子机器,通过特异性降解目的蛋白质,几乎参与了生物体的绝大多数生命活动.26S蛋白酶体在结构上可分为19S调节颗粒和20S核心颗粒两部分.19S调节颗粒负责识别带有泛素链标记的蛋白质底物及对其进行去折叠,并最终将去折叠的蛋白质底物传送至20S核心颗粒中进行降解.由于26S蛋白酶体的结构组成复杂,分子量十分巨大,现有的X-ray技术和NMR技术对其完整结构的解析都无能为力,仅能解析出部分单个蛋白成员或分子量较低的亚复合物晶体结构.而冷冻电镜技术在相当一段时间内处于发展的初级阶段,导致其三维结构的研究进展曾经十分缓慢,严重阻碍了人们对其结构和功能的了解.近年来,随着在X-ray技术领域对大分子复合物结构解析的经验积累和冷冻电镜技术领域的技术革命,完整的26S蛋白酶体三维结构解析取得了飞速的发展.本文回顾了近几年在26S蛋白酶体结构生物学领域的重要进展,并展望了该领域未来的发展及面临的挑战.