蛋白质结构和功能关系的教学实例——绿色荧光蛋白的发现和发展

蛋白质是生命的物质基础,几乎参与生命活动的每一个过程。蛋白质功能也存在多样性,如生物催化、代谢调节、免疫保护、转运储存等作用,这些功能的发挥都与蛋白的结构密切相关。因此,“蛋白质的结构与功能”是生物化学课程中的重要章节,涉及到生物学、化学、分子生物学等多学科的交叉,具有理论抽象和知识点繁杂等特点。本文以“绿色荧光蛋白的发现和发展”为例,探讨了蛋白质结构和功能关系教学的具体设计和实践,希望使“蛋白质的结构与功能”的课程教育更加简明易懂,并提高学生对课堂内容的重视度,旨在为生物化学教学改革提供参考。     

PNAS:人工合成小蛋白提示癌症发生新线索

<正>近日,来自耶鲁大学的科学家们在国际学术期刊PNAS上发表了一项最新研究进展,他们通过化学合成的方法合成了一些简易蛋白分子,这些蛋白分子几乎不存在化学多样性,但仍然能够在调节细胞功能方面发挥特定作用。所有的生命都需要依赖蛋白质的功能,蛋白质的作用范围也非常广泛,目前已经知道这种功能多样性主要是由于成百上千的氨基酸形成特定序列,再经过蛋白质的加工和修饰过程形成特定的蛋白质结构实现的。这些氨基酸的侧链使得蛋白质呈现出巨大的化学多样性,更是形成众多     

GroEL分子伴侣研究进展

大肠杆菌的GroEL是同型寡聚复合体,由14个相对分子质量58×103亚基组成背靠背的双环结构。它在新生蛋白质的正确折叠和组装以及在热或化学逆境下变性蛋白质的恢复过程中起重要作用。同时,在大肠杆菌的跨膜转运及插入细胞质膜方面都起重要作用。这些活动依赖于GroEL与底物蛋白的疏水片断的相互作用。综述了Hsp60分子伴侣系统中研究得比较清楚的GroEL的晶体结构、功能及作用机理等方面的研究进展。     

植物蛋白质翻译后修饰组学研究进展

蛋白质翻译后修饰(Protein post-translational modification,PTMs)是一种重要的细胞调控机制,通过在蛋白质的氨基酸侧链上共价结合一些化学小分子基团来调节蛋白质的活性、结构、定位和蛋白质间的互作关系,从而精细调控蛋白质生物学功能的动态变化。PTMs是植物对环境变化最快、最早的反应之一,是植物蛋白质组多样性的关键机制,在植物生长发育和对环境适应中起重要作用。主要介绍了近年来植物磷酸化、乙酰化、琥珀酰化、糖基化、泛素化、巴豆酰化、S-亚硝基化及2-羟基异丁酰化等PTMs研究进展,旨为认识植物PTMs的关键生物学功能和研究前景提供参考。     

“蛋白质和核酸”的教学组织

生命是物质的。生命的本质在于生命大分子间的相互作用。阐明生命现象的规律,必须建立在阐明生物大分子结构与功能的基础上。蛋白质和核酸是2种重要的生物大分子,蛋白质是生命活动的主要承担者,核酸是遗传信息的携带者和传递执行者。遗传信息的多样性决定蛋白质分子的多样性,进而体现生命系统的复杂性和多样性。生物学新课程标准对该部分的要求是：     

O-糖基化起始糖基转移酶的活性与结构研究

多肽：N-乙酰氨基半乳糖转移酶（ppGalNAc-T） 是催化N-乙酰氨基半乳糖（GalNAc）结合到蛋白质Ser或Thr上的糖基转移酶,是黏蛋白型O-糖基化修饰的起始糖基转移酶。ppGalNAc-T是一个酶家族,表达产物均为Ⅱ型膜蛋白。虽然氨基酸序列高度同源,但各成员具有独特的底物特异性和动力学特征。因此,ppGalNAc-T的底物作用机制是O-糖基化研究领域中的关键课题。近年来,通过利用定点突变及晶体结构解析技术,ppGalNAc-T中与底物相互作用的重要氨基酸残基以及由这些残基所形成的对底物结合起关键作用的空间构象逐渐被揭示,为了解ppGalNAc-T酶家族的底物作用机制及其蛋白结构与催化活性间的关系提供了理论依据。     

从蛋白质糖基化的结构到功能:以丝氨酸/苏氨酸O-(N-乙酰)葡糖胺修饰为例

糖基化作为一种重要的翻译后修饰广泛存在于蛋白质上,对蛋白质的结构和功能具有重要的调控作用。这些糖基化可以发生在各种氨基酸侧链上,且具有很高的结构多样性。然而,在生命科学与化学生物学相关学科的本科生教学中,蛋白质的糖基化修饰却常常被忽略。基于对丝氨酸/苏氨酸O-(N-乙酰)葡糖胺修饰愈发深入的了解,本文将从该修饰的发生、特性和生物学功能等方面进行阐述,通过与磷酸化修饰这一普遍存在的修饰模式的比较,阐明其对于教学和科研的重要性。     

蛋白质泛素化系统

泛素化是单个或多个泛素在泛素激活酶,泛素结合酶及泛素蛋白质连接酶的作用下共价修饰底物蛋白质的过程,近年来的研究发现,许多含环指的蛋白质本身是蛋白质泛素连接酶,或是多亚基连接酶中的重要成分。由于细胞内可表达200以上的环指蛋白,并且多亚基连接酶可利用同一环指蛋白但不同的底物识别蛋白。这些研究极大地丰富了对泛素化系统酶的认识,也使进一步调节和干预连接酶与底物的相互作用成为可能,新近的研究还发现,泛素化不仅可导致蛋白质的降解,还可直接影响蛋白质的活性和细胞内定位,是调节细胞内蛋白质功能和水平的主要机制之一。     

固有无序蛋白研究进展及其对细胞胁迫耐受性的影响

固有无序蛋白(intrinsically disordered proteins,IDPs)是指在生理条件下缺乏有序稳定的高级结构,整体或局部不折叠,但能够参与多种生物学过程、行使特定生物学功能的一类蛋白质.固有无序蛋白决定了其不同于经典蛋白质"序列-结构-功能"的功能范式,丰富了蛋白质"结构-功能"的多样性.固有无序...     

药物分子伴侣: 蛋白质折叠运输缺陷的新疗法

大量遗传性疾病的发生是由于基因突变引起蛋白质错误折叠而不能运输到作用位点,从而导致功能缺陷．近年来兴起的药物分子伴侣是恢复蛋白质折叠运输缺陷的新疗法,这类化合物一般为目的蛋白的底物类似物、受体配基或酶抑制剂等化学小分子,具细胞通透性,能在内质网中特异性识别并结合突变蛋白,校正并稳定其正确构象,协助其运输到正确位点,直接恢复突变蛋白功能,可治疗各种南蛋白质折叠运输缺陷导致的内分泌及代谢疾病．目前已报道的由药物分子伴侣恢复功能的突变蛋白主要为质膜蛋白及细胞器蛋白,如ATP结合盒转运蛋白、G-蛋白耦联受体及溶酶体酶等．大量的细胞及动物实验结果显示了药物分子伴侣的临床应用前景广阔,目前已有一例临床实验获得了成功．     

泛素在信号转导中的作用

泛素（ubiquitin,Ub）是在细胞内广泛分布的一种高度保守的蛋白质,它通过与底物蛋白质的赖氨酸残基共价结合,形成结构与功能复合体。泛素化参与调控众多细胞事件,泛素已成为一种多功能的细胞信号,参与细胞生命活动的调节。该文就泛素在信号转导中的重要作用及与疾病的相关性作一综述。     

TPR蛋白对Hsp90功能的调节

热激蛋白Hsp90是一类在进化中形成的高度保守的且可参与多种细胞功能的特异分子伴侣。TPR蛋白通常存在于Hsp90的多蛋白质复合物中,它对Hsp90的功能的多样性起着至关重要的作用,同时Hsp90可能为TPR蛋白提供“泊位”,允许不同的TPR蛋白在Hsp90分子伴侣底物附近有序而特异结合,从而使Hsp90在细胞内环境中以特定的方式完成其各种细胞功能。了解TPR蛋白与Hsp90的相互作用机制为阐明细胞内Hsp90的功能多样性和特异性奠定了基础。     

蛇毒丝氨酸蛋白酶结构与功能关系

蛇毒丝氨酸蛋白酶(snake venome serine proteinases,SVSP)是分布于多种蛇毒中的一类蛋白质水解酶,它们与凝血及纤溶系统关系密切,具有一定的临床应用价值。本文主要介绍了几种空间结构已知的SVSP在结构上的特征,以及由此而产生的底物特异性及生化特性的差异,显示了天然SVSP中存在着与功能相关的结构变异多样性,这为进一步开发及医学利用SVSP提供了有益的信息。     

微生物对分解底物碳氮磷化学计量的响应和调节机制

微生物分解者的生存和生长策略、群落结构和功能会随着底物化学计量特征而改变, 从而强烈地影响底物的分解速度和元素的周转速率, 进而影响生态系统的功能过程。深入理解微生物生理代谢活动和群落结构与陆地生态系统过程之间的联系及其对全球变化的响应和反馈机理是生态学和全球变化生物学领域值得关注的重大科学命题。该文基于生态化学计量学理论和代谢理论, 首先介绍微生物在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用; 然后综述微生物对分解底物化学计量变异性的响应和调节的4种主要机制: (1)调整微生物自身化学计量特征; (2)调整微生物群落结构; (3)产生特定的胞外酶以获取受限制的资源; (4)改变碳氮磷元素利用效率。最后, 通过分析当前研究不足, 提出该领域亟需关注的科学问题有: (1)综合阐明微生物对底物化学计量变化响应的各种机制及其相对重要性; (2)探索全球变化对微生物驱动的碳氮磷循环的影响; (3)探索微生物对底物化学计量变化适应对策的时空变化。     

植物功能多样性与功能群研究进展

综述了植物功能多样性与功能群研究的最新进展。介绍了植物功能群的定义及植物功能群的划分方法。在功能多样性与生态系统资源动态关系方面．抽样效应和生态位互补效应用来解释植物多样性在生态系统资源动态中的作用。功能多样性与生态系统的稳定性间的关系可以用生态冗余或生态保险概念来解释,这两个概念是一个问题的两个侧面,是多样性与生态系统功能争论的焦点。     

酶工程:应用和希望

DNA重组技术比传统蛋白质化学更方便地提供生产天然的和修饰的蛋白质的方法。设计与重组DNA定向改变酶,或酶工程,为了解蛋白质结构对酶功能及活性的关系提供丰富信息。 酶的结构适应于体内特殊代谢需要而进化。     

协同伴侣分子CHIP的E3连接酶活性及其生物学意义

CHIP(carboxy terminus of Hsc70 interacting protein)是一种新发现的具有泛素化连接酶活性的协同分子伴侣,它N端有TPR(the tetratricopeptide repeat)结构,可以和分子伴侣结合,C端有U-box结构,具有E3酶功能.CHIP可以介导一系列重要蛋白质的泛素化降解,从而维持细胞内蛋白质的质量.现就CHIP的结构和功能、CHIP的底物特征、CHIP的生物学作用以及CHIP在疾病发生中的可能作用做一综述.     

蛋白质溶液中构象,构象组装及构象动态学

蛋白质结构与功能关系的研究一直是生物化学和分子生物学领域内的一个主要课题。蛋白质分子结构的最重要特点是它不仅有一定的化学结构,而且有特定的空间结构,即构象。蛋白质的功能与特定的构象紧密相关,而且在蛋白质发挥功能的过程中常常伴随有构象的动态变化过程。由于生物体内蛋白质发挥作用的环境是生理pH条件下的水溶液,因此研究蛋白质在溶液状态下的构象及构象变化,对阐明蛋白质结构与功能关系是至关重要的。     

E3泛素连接酶接头蛋白SPOP介导的底物非降解型泛素化修饰

蛋白质的翻译后修饰是保证其能正常行使功能的前提,泛素化修饰是维持细胞正常蛋白质水平和活性的重要翻译后修饰类型.近年来,大量研究发现,E3泛素连接酶斑点型锌指结构蛋白(speckle-type POZ protein,SPOP)在诸多肿瘤与遗传疾病中存在突变,这些突变主要集中在识别底物的MATH结构域影响了与底物之间的结...     

蛋白质的变性

<正>在物理和化学因素作用下,蛋白质分子特定的空间构象被破坏,从有序的空间结构变成无序的空间结构,进而导致蛋白质理化性质的改变和生物活性的丧失,称为蛋白质的变性(denaturation)。物理因素如高温、放射线等,化学变性剂如SDS、尿素、盐酸胍能够破坏疏水作用、盐键、氢键、范德华力,因而能破坏蛋白质的高级结构。