基于“氨基酸及多肽学具”的蛋白质教学探究

立足于"课堂教学中学生的主体作用和重实践"的理念,依托本校罗明名师工作室自主开发并获得国家专利的氨基酸及多肽学具设计教学活动,利用学具将氨基酸的结构、脱水缩合及蛋白质的结构、功能多样性等教学内容贯穿起来,学生通过动手、试错,推测、合作等促进思维,实现图像模型、物理模型、数学模型与概念模型的转换,提高对蛋白质结构和功能的认知和理解。     

基于探究实验和模型构建的"蛋白质"一节教学设计

在"蛋白质"一节教学中,学生通过探究实验,从感性和理性2个层面认识到蛋白质广泛存在,生命活动离不开蛋白质;运用球棍模型构建氨基酸和二肽结构模型,理解蛋白质空间结构的复杂性,构建蛋白质核心概念,发展科学思维和科学探究能力.     

问题解答1

问 :蛋白质、核酸都是通过缩聚反应形成的吗 ?答 :由于人们对教材内容机械引入或对教材语意曲解 ,因而众多的复习资料无论在介绍蛋白质、核酸的结构还是生命起源时都人为地强调氨基酸“缩合”形成蛋白质、核苷酸“聚合”形成核酸。“缩合”与“聚合”似乎成了风马牛不相及的两个概念 ,更谈不上去探索其有机联系了。缩合源于生物化学中蛋白质 (或肽 )的形成 ,它可以指两个或多个氨基酸形成肽时脱去一个或多个水分子的反应。正由于它脱去小分子物质 ,而有别于加成反应 ,同时它发生在有机的小分子之间 ,且反应结果并没有形成不饱合键而不同于消…     

问:蛋白质、核酸都是通过缩聚反应形成的吗?

答:由于人们对教材内容机械引入或对教材语意曲解,因而众多的复习资料无论在介绍蛋白质、核酸的结构还是生命起源时都人为地强调氨基酸"缩合"形成蛋白质、核苷酸"聚合"形成核酸.     

苏氨酸醛缩酶的研究进展

苏氨酸醛缩酶(TAs)以磷酸吡哆醛为辅酶,催化不同的醛与α-氨基酸发生醇醛缩合反应,形成具有2个手性中心的β-羟基-α-氨基酸。TAs在不对称催化过程中可以控制产物α-碳位的立体构型,而对β-碳位的立体构型控制相对较弱。增强TAs在β-碳位的立体选择性是近年来研究TAs不对称催化的热点。本文重点阐述了TAs的结构与作用机制、定向进化,以及在生物催化合成中的应用,对TAs的研究与开发进行了展望。     

每期10题

1.家兔细胞内与氨基酸脱水缩合有关的下述细胞结构是: ①线粒体②核糖体③高尔基体 A.①② B.②③ C.①③ D.①②③ 2.下图表示麦芽糖水解反应的图解过程,请回答:     

3种棱型大麦中脱水素6(DHN6)的性质、突变位点与蛋白质进化分析

脱水素(dehydrins,DHNs)是高等植物胚胎发育晚期产生的一类特异多肽,能够逆转细胞脱水所造成的伤害.为明确脱水素性质与功能的关系,本研究从3种棱型大麦分离到Dhn6基因,生物信息学分析其编码的蛋白质序列长度分别为523个(六棱)、502个(四棱)和486个(二棱)氨基酸残基;氨基酸突变位点分析发现该基因具有整体保守性和突变位点偏倚性.蛋白质性质与二级结构分析表明,DHN6是高度亲水的碱性蛋白质,线性结构和自由卷曲为二级结构的主要组分,K-片段参与α-螺旋结构的形成,由此推测DHN6的兼性α-螺旋结构域在稳定膜结构的水合保护体系过程中发挥着重要的生理功能.构建的21个物种DHN6蛋白质系统发生树,发现禾本科植物遗传距离较近,结合核苷酸序列的物种特异性,本研究认为Dhn6基因可作为物种鉴定依据.     

“3+X”模式下高中生物学知识中的数量关系

高中生物学中不少知识涉及到生物学计算 ,在高中生物学课的教学过程中 ,尤其是在复习过程中 ,理顺有关的数量关系 ,不仅有利于学生对有关的知识的理解和掌握 ,同时还能培养学生运用数学知识解决生物学问题的综合能力。这些数量关系 ,按章节总结可分类归纳如下 :1　多肽、蛋白质分子中氨基酸的数目与所含肽键数目的关系1)多肽链中所含肽键的数目 =组成该肽链的氨基酸的数目 - 1=缩合减少的水分子数。2 )蛋白质分子中的肽键数目 =组成该蛋白质分子的氨基酸数目 -该蛋白质分子中肽链的数目。例如 :牛胰岛素是由 5 1个氨基酸缩合成的两条肽链进…     

苏氨酸醛缩酶的结构与功能及其在药物合成中的应用

β-羟基-α-氨基酸(β-hydroxy-α-amnio acids,HAAs)是一类广泛应用于制药工业的重要手性中间体。由于其含有双手性中心(C_α和C_β),探索其严格立体选择性的生物合成方法备受关注。苏氨酸醛缩酶(threonine aldolase,TA)可在温和条件下催化不同类型的醛与氨基酸缩合构筑丰富的HAAs产物库,显示了工业应用潜力。由于目前表征的TA普遍存在对C_β立体选择性不严格、活性较低以及催化机制不清晰等问题,为其在HAAs合成中的应用带来了挑战。本文综述了TA在新酶挖掘、结构与催化机理解析、蛋白质工程以及合成应用等方面的研究进展,为推动酶催化绿色、高效合成手性药物提供参考。     

植物脱水素研究进展

植物脱水素是八十年代末发现的一个大的蛋白质家族,它在植物抗逆和种子形成过程中发挥着重要的作用,本文就脱水素的组织和亚细胞定位、结构、表达及作用机理等方面做了简要介绍。     

最小Hamilton路算法在蛋白质结构预测中的应用

本文对蛋白质loop结构进行了反向研究,即对由n个残基构成的loop已知其空间结构,求匹配的n个氨基酸残基序列.把loop的3D信息转化为一个加权完全图Kn模型,然后求加权Kn图的最小Hamilton路.这条H路对应与寻找一个氨基酸残基序列,使该序列能够折叠成这个立体结构模型.根据Bayesian定律得到一个加权表,应用对loop的预测问题,取得预期的结果.     

植物脱水素研究进展

植物脱水素是八十年代末发现的一个大的蛋白质家族,它在植物抗逆和种子形成过程中发挥着重要的作用,本文就脱水素的组织和亚组织定位、结构、表达及作用机理等方面做了简要介绍。     

基于HNP三态模型及相对熵方法的蛋白质折叠研究

把20种氨基酸简化为3类:疏水氨基酸(hydrophobic,H)、亲水氨基酸(hydrophilic,P)及中性氨基酸(neutral,N),每个氨基酸简化为一个点,用其C!原子来代替.采用非格点模型,以相对熵作为优化函数,进行蛋白质三维结构预测.为了与基于相对熵方法的蛋白质设计工作进行统一,采用了新的接触强度函数.选用蛋白质数据库中的天然蛋白质作为测试靶蛋白,结果表明,采用该模型和方法取得了较好的结果,预测结构相对于天然结构的均方根偏差在0.30～0.70nm之间.该工作为基于相对熵及HNP模型的蛋白质设计研究打下了基础.     

基于丙氨酸的蛋白质氨基酸结构的教学方法

掌握好蛋白质氨基酸的结构及其性质,对于理解蛋白质的理化性质、空间结构及生物学功能具有重要作用。根据多年的教学经验,提出并实践了一种基于丙氨酸的蛋白质氨基酸结构教学方法,帮助学生理解、记忆氨基酸特性取得了较好的教学效果。     

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     

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...     

大麦Dhn6基因的克隆、蛋白质结构预测与干旱胁迫表达模式

脱水素(Dehydrins,DHNs)是高等植物胚胎发育晚期产生的一类特异多肽,其表达累积程度与植物的发育阶段、低温、ABA和脱水信号调节等因素密切相关。为了解脱水素的结构与干旱胁迫表达累积反应,文章从六棱大麦分离到序列全长为1 767 bp的Dhn6基因,序列分析结果表明,该基因含一个92 bp内含子,90~1 759 bp为一个开放阅读框,与裸大麦Dhn6基因(GenBank登录号:AF043091)的同源性最高,达93.18%,编码523个氨基酸残基的多肽,预测蛋白质的分子量为49.68 kDa,理论等电点为8.04。结构分析发现,蛋白质具有3个螺旋区,无规则卷曲构成二级结构的主要组分,亲水氨基酸比例超过83%;三维结构预测发现,多肽链自身反向平行排列成松散的亲水索链,K-片段参与兼性?-螺旋结构域的形成,意味着该脱水素具有束缚自由水、稳定细胞膜相结构的功能。实时定量RT-PCR检测结果表明,Dhn6基因的相对表达水平在干旱处理8 h快速累积,推测DHN6在大麦对干旱胁迫的早期响应中发挥重要功能。     

蛋白质二级结构预测: 基于词条的最大熵马尔科夫方法

提出了一种新的蛋白质二级结构预测方法. 该方法从氨基酸序列中提取出和自然语言中的“词”类似的与物种相关的蛋白质二级结构词条, 这些词条形成了蛋白质二级结构词典, 该词典描述了氨基酸序列和蛋白质二级结构之间的关系. 预测蛋白质二级结构的过程和自然语言中的分词和词性标注一体化的过程类似. 该方法把词条序列看成是马尔科夫链, 通过Viterbi算法搜索每个词条被标注为某种二级结构类型的最大概率, 其中使用词网格描述分词的结果, 使用最大熵马尔科夫模型计算词条的二级结构概率. 蛋白质二级结构预测的结果是最优的分词所对应的二级结构类型. 在4个物种的蛋白质序列上对这种方法进行测试, 并和PHD方法进行比较. 试验结果显示, 这种方法的Q3准确率比PHD方法高3.9%, SOV准确率比PHD方法高4.6%. 结合BLAST搜索的局部相似的序列可以进一步提高预测的准确率. 在50个CASP5目标蛋白质序列上进行测试的结果是: Q3准确率为78.9%, SOV准确率为77.1%. 基于这种方法建立了一个蛋白质二级结构预测的服务器, 可以通过http://www.insun.hit.edu.cn:81/demos/biology/index.html来访问.     

多肽合成基本知识

<正> 一、概述所谓多肽,它和蛋白质一样都是由多个氨基酸有次序地进行氨端和羧端的缩合,通过肽键(酰胺键)共价连接成长短不一的链状化合物:     

非自然氨基酸在蛋白质中的引入方法及其在化学生物学中的应Q用

蛋白质是生命的物质基础,在生物体中行驶着极为重要的功能,各种细胞活动和生命过程的发生都需要蛋白质的参与。例如,DNA复制转录,RNA翻译,以及信号传导等过程中发挥关键作用的聚合酶、翻译复合物、信号传导受体等都是蛋白质。正常细胞体内的所有蛋白质都由20种天然存在的氨基酸组成,它们通过立体构象变化及翻译后修饰等来控制其功能的发挥。而在实际应用中,学者们为了实现不同的研究目的,发展了很多在蛋白质中引入20种自然氨基酸之外的非自然氨基酸(unnatural amino acid,UAA)的方法,如化学修饰合成、体外翻译、遗传密码扩展等,从而将蛋白质的性质根据研究和应用的需要进行拓展。本文综述了各类化学与生物中引入非自然氨基酸的方法,并介绍了非自然氨基酸在化学生物学研究中的最新应用。