中国科学家破解膜蛋白晶体结构难题

3月18日出版的英国《自然》杂志以封面文章方式发表了中国科学家在光合作用机理研究领域的“菠菜主要捕光复合物的晶体结构”重大成果,并将“菠菜主要捕光复合物(2.72×0.1)nm分辨率的晶体结构”彩图选作该期杂志的封面。这是中国科学家经过6年时间成功测定的一个重要的光合膜蛋白晶体结构,从而率先破解了这一国际公认的、具有高度挑战性的前沿难题。“菠菜主要捕光复合物的晶体结构”的测定工作由中国科学院生物物理研究所、植物研究所的两个研究小组合作完成,得到中国科学院国家知识创新工程试点、科技部“973”计划、国家自然科学基金委…     

淋巴细胞膜脂质对膜蛋白结构与功能的影响

淋巴细胞膜质组成及膜生物物理特性的变化显影响质膜上某些蛋白的结构与功能,膜脂质与膜蛋白的相互作用涉及两所带电荷性质,蛋白质疏水氨基酸等,同时也与两种分子空间位阻,水化作用有关。     

光合膜蛋白晶体结构研究取得重要突破

绿色植物的光合作用是通过镶嵌在细胞膜上的一系列色素,蛋白复合体构成的光合作用系统相互分工协作完成的。植物的光合作用系统中参与光能吸收、传递和转换的两类最基本的色素,蛋白复合体是反应中心和捕光天线复合物。捕光是光合作用中最原初的过程。捕光天线复合物的三维结构是认识植物高效利用光能的结构基础。然而,     

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 …     

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。     

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.     

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。     

杀菌肽及膜蛋白螺旋结构预测

杀菌肽是昆虫免疫系统的能够杀死细菌的一类重要的多肽。实验方法测蛋白质的二级结构很困难,汇集已有的八种预测螺旋结构的方法,通过计算机实现,对比杀菌肽、光合反应中心的预测结果和实验结果,推测了杀菌肽的作用机理．     

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。     

BTB家族蛋白结构与功能的研究进展

BTB(BR-C,ttk,and bab)家族是类Kuppel锌指蛋白家族中的一种,广泛存在于从酵母到人类的各种物种中,它最主要的特征是在N端至少含有一个BTB结构域.BTB结构域是在进化上高度保守的结构域,约含有115个氨基酸.越来越多的研究表明BTB蛋白在转录和调控的过程中起着重要的作用.     

Geometrical Membrane Curvature as an Allosteric Regulator of Membrane Protein Structure and Function

Transmembrane proteins are embedded in cellular membranes of varied lipid composition and geometrical curvature. Here, we studied for the first time the allosteric effect of geometrical membrane curvature on transmembrane protein structure and function. We used single-channel optical analysis of the prototypic transmembrane β-barrel α-hemolysin (α-HL) reconstituted on immobilized single small unilamellar liposomes of different diameter and therefore curvature. Our data demonstrate that physiologically abundant geometrical membrane curvatures can enforce a dramatic allosteric regulation (1000-fold inhibition) of α-HL permeability. High membrane curvatures (1/diameter ∼1/40 nm⁻¹) compressed the effective pore diameter of α-HL from 14.2 ± 0.8 Å to 11.4 ± 0.6 Å. This reduction in effective pore area (∼40%) when combined with the area compressibility of α-HL revealed an effective membrane tension of ∼50 mN/m and a curvature-imposed protein deformation energy of ∼7 k_BT. Such substantial energies have been shown to conformationally activate, or unfold, β-barrel and α-helical transmembrane proteins, suggesting that membrane curvature could likely regulate allosterically the structure and function of transmembrane proteins in general.     

Geometrical Membrane Curvature as an Allosteric Regulator of Membrane Protein Structure and Function

Transmembrane proteins are embedded in cellular membranes of varied lipid composition and geometrical curvature. Here, we studied for the first time the allosteric effect of geometrical membrane curvature on transmembrane protein structure and function. We used single-channel optical analysis of the prototypic transmembrane β-barrel α-hemolysin (α-HL) reconstituted on immobilized single small unilamellar liposomes of different diameter and therefore curvature. Our data demonstrate that physiologically abundant geometrical membrane curvatures can enforce a dramatic allosteric regulation (1000-fold inhibition) of α-HL permeability. High membrane curvatures (1/diameter ∼1/40 nm⁻¹) compressed the effective pore diameter of α-HL from 14.2 ± 0.8 Å to 11.4 ± 0.6 Å. This reduction in effective pore area (∼40%) when combined with the area compressibility of α-HL revealed an effective membrane tension of ∼50 mN/m and a curvature-imposed protein deformation energy of ∼7 k_BT. Such substantial energies have been shown to conformationally activate, or unfold, β-barrel and α-helical transmembrane proteins, suggesting that membrane curvature could likely regulate allosterically the structure and function of transmembrane proteins in general.     

呼肠孤病毒结构与功能研究进展

随着现代分子生物学研究方法与计算机分子信息及模型处理技术的迅速发展,研究病毒基因结构与功能、三维构像与结构模型、病毒的遗传变异与系统进化,已成为现代分子病毒学研究领域的热点课题.其实质在于揭示病毒的复制与组装机制,探明病毒与宿主间的互相关系及遗传变异规律等,为最终从理论上阐明病毒致病的分子机理,以及从实践上解决病毒病的诊断与防治技术提供有效的实验依据.20世纪50年代呼肠孤病毒的发现,首次证实了双链RNA病毒可作为稳定生命形式存在于自然界.特别是呼肠孤病毒特有的分段RNA基因组结构与全保留复制特征,为研究病毒的毒力、转录调控机制、病毒与宿主细胞间的相互作用提供了良好的研究模型.正呼肠孤病毒(亦简称呼肠孤病毒)T1L、T2J和T3D为呼肠孤病毒三种血清型原型分离株,目前已研究得十分深入.本文就近年来呼肠孤病毒结构与功能研究进展综述如下.     

后基因组研究中蛋白结构与功能的预测

阐述蛋白质结构建模和功能预测的基本方法以及最新研究进展,展望了蛋白质预测技术的前景。     

Membrane Structure and Function

An understanding of the biochemical basis of membrane function is an important goal of present day biology. In this paper, a biochemical approach to the problem of the specific transport of sugars across the membrane of Escherichia coli is discussed. A new biochemical model for lactose transport system in this organism is presented, in which a specific membrane protein (M protein) plays the role of the sugar carrier. Experiments which have led to the discovery of such a protein, its specific labeling, and partial purification are briefly reviewed.     

接头蛋白Gab1的结构及功能研究进展

Gab1蛋白属于接头蛋白Gab家族,该家族蛋白因能与生长因子受体结合蛋白2（Grb2）相结合而得名。作为接头蛋白,Gab1蛋白能被多种受体酪氨酸激酶或非受体酪氨酸激酶激活,接受胞外多种生长因子、细胞因子和一些T/B细胞抗原受体的刺激,介导PI3K/Akt和Ras/MAPK等多条信号转导途径,具有促进细胞生长、迁移、调节免疫等多种生物学功能,与糖尿病、肿瘤、心血管疾病等的发生发展密切相关。     

非洲猪瘟病毒跨膜蛋白CD2v的结构与功能研究进展

非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus,ASF V)感染家猪和野猪,引起的高度传染性和致死性动物传染病,不同品种和年龄阶段的猪均易感,发病率和死亡率可高达100％.ASFV是全球生猪产业的重点疫病之一,目前无商品化疫苗.ASFV是一种大而复杂的双链DNA双层囊膜病毒.ASFV主要跨膜蛋白CD2v是介导血细胞吸附(Hemadsorption,HAD)和鉴定病毒血清型的关键蛋白,它参与ASFV宿主免疫应答、免疫逃逸和病毒复制等生理生化过程,且是ASFV疫苗和抗病毒分子研发的潜在重要靶点.探究CD2v在ASFV感染中的作用及机制渐成热点.因此,本文对ASFV CD2v的结构及其生物学功能研究报道进行分析综述,将为阐明ASFV致病机理和疫苗研发等提供重要参考.     

蛋白质结构与功能研究中的分子模拟技术

分子模拟技术为蛋白质的研究提供了一种崭新的手段,在理论上解决了结构预测和功能分析以及蛋白质工程实施方面所面临的难题。它在蛋白质的结构预测和模建工作中占有举足轻重的地位,实现了生物技术与计算机技术的完美结合。本文简要阐述了该技术的基本步骤和工作原理,并以目前应用最广的生物大分子领域的商品化分子模拟软件Accelrys公司基于Linux系统开发的InsightII为例,介绍了相关程序模块的功能和作用,同时结合该技术在蛋白质的结构预测和模建、结构与功能关系分析、分子设计等过程中的开发与应用,加以具体说明和展望。     

交替氧化酶结构和功能研究进展

交替氧化酶(a lternative ox idase,AOX)是植物线粒体呼吸链中抗氰呼吸途径(cyan ide-res istan t resp irationpathw ay)的末端氧化酶,它广泛存在于高等植物及部分真菌和藻类中。交替氧化酶是一种双铁羧基蛋白(d i-ironcarboxy late prote in),它不仅具有其它双铁羧基蛋白共有的结构特点以及去除分子氧的功能,更重要的是它还可以通过改变自身结构等方式来主动调节抗氰呼吸途径的运行程度,进而调节细胞多方面的代谢和功能,以适应环境条件的改变,增强植物适应各种逆境的能力,调节植物生长速率,并与细胞凋亡和光合作用相关。本文主要对交替氧化酶的结构与其在植物体内功能的最新研究进展进行综述。