B链羧端去八肽胰岛素的核磁共振研究

用~1H核磁共振(简称NMR)卷积差谱和温度差谱技术对胰岛素与去八肽胰岛素(简称DOI)局部溶液构象进行了比较研究。通过二者NMR谱的比较发现胰岛素和DOI谱的CH_3峰区存在明显差异。DOI三维结构的屏蔽效应明显降低;以缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸CH_3组成的峰区变尖、变窄、接近自由蜷曲状态蛋白质谱。高场区0.42ppm的峰肩为A_2-异亮氨酸在三维结构中受邻近A_(19)-酪氨酸屏蔽影响的高场位移峰,该峰在DOI谱中消失。因此暗示着A链头尾密切联系着的三维结构遭到破坏。用温度差谱简化NMR谱。比较了胰岛素与DOI二者随温度上升构象变化的过程以及各自对热的不稳定性,表明DOI分子在溶液中还保存一定的特定构象;但结构相当松散,热不稳定性增加。胰岛素经去B链羧端八肽后局部构象将有明显变化,可能导致胰岛素某种特定空间结构受到破坏。这也可能是DOI分子生物活性丧失的一个重要原因。     

胰岛素与类似物结构与功能关系的核磁共振研究

对胰岛素及其类似物DPI(去五肽胰岛素),DOI(去八肽胰岛素)的~1H NMR(核磁共振)变温谱进行了比较研究。胰岛素的三维结构随温度上升发生明显的变化,以Val、Leu、Ile的CH_3组成的高场峰区(0.2～1.1ppm)的峰形逐渐变尖变窄,特别突出的是0.34～0.42ppm峰肩当温度升高至50℃以上逐渐向低场移动以至消失。此峰肩为A_2-Ile的两个CH_3受邻近A_(19)-Tyr芳香环的环流场屏蔽影响的高场位移峰。DPI变温谱具有与胰岛素十分相似的变化。而对比DOI的变温谱,我们发现常温时,由于A链头尾紧密联系的极性区构象已遭破坏,因而不出现此峰肩。此局部构象可能与DPI保存有相当大的生物活性和DOI丧失生物活性有关。胰岛素的A链头尾三维构象随温度上升至50℃以上的明显变化与胰岛素和受体结合活性在温度高于50℃被破坏的结果是一致的。这就提示了结合活性的变化与某些三维构象的变化可能是相关的。这也支持了A链头尾形成的极性区很象是胰岛素“结合部位”的一部分。     

去B链羧端九肽胰岛素的制备和性质

去B链C端八肽胰岛素(DOI)经羧肽酶B作用除去B_(22)-精氨酸,产物经SP-SephadexC25分离以后得到电泳均一的去B链C端九肽胰岛素(DNI)。从CD光谱可以看出,在水溶液中DNI的构象比DOI更松散。DNI与人胎盘细胞膜胰岛素受体的结合能力很低,但却比DOI高一些。     

虎纹捕鸟蛛毒素HWTX—Ⅱ的^1H—NMR信号归属和二级结构分析

虎纹捕鸟蛛毒素HWTX-Ⅱ是从虎纹捕鸟蛛Selenocosmia huwena的毒液中分离出的一种新型杀虫肽。应用2D－NMR技术研究该毒素分子的溶液结构特点,通过分析水及重水DQF－COSY、COSY、TOCSY和NOESY等^1H－NMR谱,识别出HWTX-Ⅱ全部37个氨基酸残基自旋体系;通过NOESY谱中的dαN、dαδ、dβN和dNN联系完成了序列专一的谱峰归属,确认了所有主链质子和除了Lys侧链εNH2质子外的所有侧链质子的化学位移,为完全解析HWTX-Ⅱ的溶液三维象奠定了基础,并且通过核磁数据分析,确定HWTX-Ⅱ的二级结构特点是含有较多的伸展构象,尤其是C端有一个典型的双股反平行的β折叠（Trp27-Cys29和Cys34-Lys36),分子中缺乏螺旋结构,这些二级结构特点与已探明结构的其他蜘蛛毒素的基本相同。     

去B链羧端五肽胰岛素的结构研究——Ⅲ.高分辨核磁共振研究

研究了胰岛素(Ins)和去B链羧端五肽胰岛素(DPI)的250兆周核磁共振,发现DPI、Ins核磁共振谱之间存在着差异。这说明胰岛素分子羧端五肽的切除引起在溶液中局部构象变化。这种构象变化似乎不影响Ins分子的生物活性。许多研究表明Ins分子在溶液中存在着解离聚合平衡,聚合状态与溶液浓度、pH有密切关系。如果改变DPI和Ins溶液的浓度及pH,前者波谱变化不明显,后者随溶液浓度、pH增加而增加。Ins波谱中的缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸CH_3部分与芳香环质子部分共振峰均加宽。这些说明DPI在无Zn~( )溶液中不存在解离聚合平衡,而可能以单体形式存在。     

胰岛素的核磁共振研究——苯丙氨酸共振峰的确定与测链构象

以同核相关二维谱(COSY),双共振技术,去(B_(23)-B_(30))一胰岛素(DOI)测定为基础,分析确定去锌猪胰岛素的三个重要的苯丙氨酸残基B_1 ,B_(24),B_(25)的400 MHz ~1H NMR共振峰及其在不同pH值时的侧链构象.发现在高pH值时,处于单体一单体聚合界面的苯丙氨酸B_(24)侧链构象变化最大.     

胰岛素类似物的内源萤光光谱

为了进一步了解胰岛素构象与功能的关系,测定了不同条件下胰岛素和它的类似物的内源萤光光谱,胰岛素类似物包括去B链羧端五肽胰岛素,去B链羧端七肽胰岛素和去B链羧端八肽胰岛素。它们的发射光谱的峰在306nm,激发光谱峰在277nm。不同pH值,不同浓度的十二烷基硫酸钠和温度变化对胰岛素的荧光光谱的影响和对类似物的影响非常相似。说明这些类似物的环境酪氨酸残基的微环境是相似的。由于去五肽胰岛素有接近于天然胰岛素的生物活力,去七肽胰岛素没有生物活力,因此说明,胰岛素分子的受体结合部位中,B_(24～25)两个苯丙氨酸侧链本身具有重要的地位。并不是因为失去它们后引起胰岛素构象变化而失活的。     

胰岛素类似物的内源萤光光谱

为了进一步了解胰岛素构象与功能的关系,测定了不同条件下胰岛素和它的类似物的内源萤光光谱,胰岛素类似物包括去B链羧端五肽胰岛素,去B链羧端七肽胰岛素和去B链羧端八肽胰岛素。它们的发射光谱的峰在306nm,激发光谱峰在277nm。不同pH值,不同浓度的十二烷基硫酸钠和温度变化对胰岛素的荧光光谱的影响和对类似物的影响非常相似。说明这些类似物的环境酪氨酸残基的微环境是相似的。由于去五肽胰岛素有接近于天然胰岛素的生物活力,去七肽胰岛素没有生物活力,因此说明,胰岛素分子的受体结合部位中,B_(24～25)两个苯丙氨酸侧链本身具有重要的地位。并不是因为失去它们后引起胰岛素构象变化而失活的。     

胰岛素分子中的非螺旋氢键

以差值傅里叶技术对同晶置换途径测定的胰岛素结构进行精化后,用蛋白质分子内环境分析程序考查了胰岛素分子的非螺旋氢键。结果表明,几乎所有非螺旋氢键都集中分布在B链N端(B4—B6)和C端(B20—B26)伸展肽段,A链两段螺旋间的4肽(A9—A12)和C端5肽(A17—A21),及其之间。它们包括,A链和B链自身形成的氢键3对,A链与B链之间的氢键5对,侧链与主链间的氢键5对,以及分子间的氢键4对。它们对于胰岛素分子精细构象的形成和稳定,特别对于B链C端(B20—B26)肽段的特征折迭和A—B链的正确三维相关,具有重要作用。运用非螺旋氢键分析的结果,讨论了它们在蛋白质结构中可能的一般性作用,以及胰岛素C端和N端一系列修饰物结构-功能研究的结果,提出了胰岛素分子的二聚化及胰岛素原的C肽可能对分子的特征三维折迭具有保护性作用的看法。     

胰岛素分子中的非螺旋氢键

以差值傅里叶技术对同晶置换途径测定的胰岛素结构进行精化后,用蛋白质分子内环境分析程序考查了胰岛素分子的非螺旋氢键。结果表明,几乎所有非螺旋氢键都集中分布在B链N端(B4～B6)和C端(B20—B26)伸展肽段,A链两段螺旋间的4肽(A9—A12)和C端5肽(A17—A21),及其之间。它们包括,A链和B链自身形成的氢键3对,A链与B链之间的氢键5对,侧链与主链间的氢键5对,以及分子间的氢键4对。它们对于胰岛素分子精细构象的形成和稳定,特别对于B链C端(B20—B26)肽段的特征折迭和A—B链的正确三维相关,具有重要作用。运用非螺旋氢键分析的结果,讨论了它们在蛋白质结构中可能的一般性作用,以及胰岛素C端和N端一系列修饰物结构-功能研究的结果,提出了胰岛素分子的二聚化及胰岛素原的C肽可能对分子的特征三维折迭具有保护性作用的看法。     

白鲢胰岛素的一级结构

白鲢是淡水鱼之一,其胰岛几乎不杂有外分泌腺,较易提取多肽激素,从中可分离出三方结晶胰岛素。本文报道了白鲢胰岛素的一级结构。与哺乳类及海水鱼胰岛素相比,它的结构特征如下:A链8、9、10位的氨基酸残基为组氨酸、赖氨酸、脯氨酸;A_(13)与A_(14)为异亮氨酸和苯丙氨酸,类似于一般鱼胰岛素,而差异于哺乳类胰岛素的相应位置。它的A_(15)为谷氨酸,A_(17)为谷氨酰胺,恰与哺乳类胰岛素的相应位置对调,其它鱼类胰岛素的A_(15)则为天冬氨酸,A_(17)也为谷氨酰胺。它的B链为三十一肽,N端区相当特殊,其N端延伸出额外的两个氨基酸残基。B_(13)与B_(21)都为天冬氨酸,而哺乳类胰岛素的相应位置均为谷氨酸。B链的羧端少一个氨基酸,这与一些鱼胰岛素的结构相似,而与其他种类的胰岛素有很大区别。本文就其结构与功能关系进行了讨论。     

白鲢胰岛素的一级结构

白鲢是淡水鱼之一,其胰岛几乎不杂有外分泌腺,较易提取多肽激素,从中可分离出三方结晶胰岛素。本文报道了白鲢胰岛素的一级结构。与哺乳类及海水鱼胰岛素相比,它的结构特征如下:A链8、9、10位的氨基酸残基为组氨酸、赖氨酸、脯氨酸;A_(13)与A_(14)为异亮氨酸和苯丙氨酸,类似于一般鱼胰岛素,而差异于哺乳类胰岛素的相应位置。它的A_(15)为谷氨酸,A_(17)为谷氨酰胺,恰与哺乳类胰岛素的相应位置对调,其它鱼类胰岛素的A_(15)则为天冬氨酸,A_(17)也为谷氨酰胺。它的B链为三十一肽,N端区相当特殊,其N端延伸出额外的两个氨基酸残基。B_(13)与B_(21)都为天冬氨酸,而哺乳类胰岛素的相应位置均为谷氨酸。B链的羧端少一个氨基酸,这与一些鱼胰岛素的结构相似,而与其他种类的胰岛素有很大区别。本文就其结构与功能关系进行了讨论。     

胰岛素片段与胰岛素抗体的相互作用

本文研究了若干胰岛素片段及去B链C端八肽胰岛素(DOI)、A链、B链与胰岛素抗体的结合能力。结果表明N端区域片段保留部分胰岛素的免疫活力,而C端片段除“工”字肽的免疫活力比A链略高外,其他片段(B_(26～30),B_(22～26))均和A链类似,没有胰岛素的免疫活力。以上结果进一步说明在免疫活力方面,胰岛素分子的N端区域比C端重要。同样,B链可能比A链重要。     

胰岛素片段与胰岛素抗体的相互作用

本文研究了若干胰岛素片段及去B链C端八肽胰岛素(DOI)、A链、B链与胰岛素抗体的结合能力。结果表明N 端区域片段保留部分胰岛素的免疫活力,而C 端片段除“工”字肽的免疫活力比A 链略高外,其他片段(B_(26～30),B_(22～26))均和A 链类似,没有胰岛素的免疫活力。以上结果进一步说明在免疫活力方面,胰岛素分子的N 端区域比C 端重要。同样,B 链可能比A 链重要。     

胰岛素B链N端和C端缩短对其与胰岛素抗体结合力的影响

本文研究了B链N端和C端缩短的若干胰岛素类似物与胰岛素抗体的结合能力。结果表明:去B链C端五肽胰岛素(DPI)分子中B_1-Phe去除后其与胰岛素抗体结合力明显下降,这与去B_1-Phe胰岛素与胰岛素抗体结合力下降的趋势相似;去B链C端六肽胰岛素(DHI)与胰岛素抗体结合力与DPI非常接近,都为胰岛素的70%左右。而去B链C端七肽胰岛素(DHPI)与胰岛素抗体结合力与去B链C端六肽胰岛素(DHI)相比,其结合力下降了一个数量级。说明胰岛素B_1-和B_(24)-Phe残基对组成和维持胰岛素分子的抗原决定簇起着重要作用。去B链九肽胰岛素(DNI)与胰岛素抗体的结合力与去B链C端八肽胰岛索(DOI)及DHPI相似。本文对上述结果进行了讨论。     

胰岛素类似物的直线聚合

与胰岛素相似,去B 链羧端五肽胰岛素(DPI)及去B 链羧端八肽胰岛素(DOI)的酸性溶液于沸水浴中加热,会转变成粘度很高的溶液,该溶液具有流动双折射性质。于电子显微镜下观察,看到该两种类似物的纤维。这些纤维与胰岛素纤维相似,经常由几根微丝绞合成螺旋状。微丝的直径大约是30(?),与胰岛素微丝的直径相当。上述现象说明,这些类似物的直线聚合过程与胰岛素者是类同的。因此胰岛素B 链羧端肽段并非胰岛素直线聚合所必须。     

胰岛素类似物的直线聚合

与胰岛素相似,去B链羧端五肽胰岛素(DPI)及去B链羧端八肽胰岛素(DOI)的酸性溶液于沸水浴中加热,会转变成粘度很高的溶液,该溶液具有流动双折射性质。于电子显微镜下观察,看到该两种类似物的纤维。这些纤维与胰岛素纤维相似,经常由几根微丝绞合成螺旋状。微丝的直径大约是30,与胰岛素微丝的直径相当。上述现象说明,这些类似物的直线聚合过程与胰岛素者是类同的。因此胰岛素B链羧端肽段并非胰岛素直线聚合所必须。     

新型抗菌多肽LC1的1H—NMR谱峰归属和二级结构分析

LC1是从枯草杆菌A0 14的分泌物中分离出的一种新型抗菌多肽 ,具有很强的抗水稻白叶枯致病菌的能力。应用 2D NMR技术研究LC1的溶液构象 ,通过分析其在水和重水中的DQF COSY、TOCSY和NOESY等1H NMR谱 ,识别了LC1全部 4 7个氨基酸残基的自旋体系 ,并通过分析NOESY谱中dαN、dNN、dβN和dαδ的联系完成了序列专一谱峰归属 ,标定了全部主链质子和绝大部分侧链质子的化学位移。谱峰归属结果和NMR数据分析表明LC1的二级结构主要为伸展构象 ,其中肽段Phe2 5～Asp3 1和Tyr3 6～Glu42 构成反平行 β折叠 ,并由Ser3 2 ～Gly3 5所形成的β转角相连接。LC1不含或仅含少量α螺旋。同时 ,通过对LC1的大量疏水氨基酸残基之间NOE联系的分析 ,推测LC1具有一个以Trp2 3 为中心的疏水核心。     

A_(21)—Asp人胰岛素突变体2.4埃分辨率晶体结构研究

A_(21)-Asp人胰岛素(A_(21)D-HI)是经由蛋白质工程途径制备的突变体,具有高稳定特性.本文报道在2.4埃分辨率A_(21)-HI X-射线晶体结构的测定,所获结构模型经能量制约的最小二乘技术(EREF)精化,最后的晶体学一致性因子R=0.192,共价键长与标准值的平均偏差为0.019埃.在(2F-F_e)电子密度图上,突变残基A_(21)-Asp清晰可见.与天然胰岛素比较,除践基A_(21)外,突变体分子的构象在该分辨率未见显著变化,具有重要结构意义的残基A_(21)-NH与B_(23)-Co之间的主链氢键在两个独立分子中都仍然保持,A链末端羧基与B_(22)-Arg的侧链胍基间的盐键在分子中也仍然保持.在这一基础上,讨论了突变体与分子的化学稳定性和生物活力的关系.     

去七肽胰岛素的分子动力学研究

本文用分子动力学的方法对去七肽胰岛素(DHPI)分子的构象进行了研究,首先用分子动力学方法对晶体胰岛素分子的构象能进行了优化,然后除去B链C端的最后七个残基(B24—B30),做分子动力学模拟,得到了DHPI的平衡构象和均方差波动。胰岛素分子的X射线晶体衍射结构和能量优化构象之间的均方根偏差为0.1;所得DHPI构象和胰岛素能量优化构象间C原子间的均方根偏差为1.8。变化最大的区域是A8—A10,A18—A21,B1—B41和B18—B23。