基于结构比较的蛋白质模建系统及其评估：Ⅲ．灵敏的蛋白质结构评估方法

本文按二级结构、疏水性和侧链氢键把蛋白质的局部结构环境划分为６４类,按环境依赖的残基替代频数表构成残基与环境的兼容性分数表,可用来评估一个蛋白质的整体折叠正确与否和检测蛋白质折叠的局部错误。与著名的商品软件Ｐｒｏｆｉｌｅ－３Ｄ相比,此方法不仅能对整体折叠作出合理判断,而且对局部错误的检测更为灵敏。它已成为我们的蛋白质结构模建系统ＰＭＯＤＥＬＩＮＧ的重要模块。     

模型蛋白Trp-cage残基互作及外在因素对其结构折叠稳定性影响的研究

蛋白质折叠驱动力主要取决于结构上残基间的相互作用,尤其是其侧链间的作用.迷你蛋白Trp-cage结构典型且可快速折叠,是理论和实验研究蛋白质折叠的理想模型.尽管该蛋白仅由20个氨基酸组成,但其结构中残基间的相互作用甚为复杂且侧链类型多样.由于现有力场参数对其相互作用描述的精度问题,其折叠模型仍有分歧.本文以模型蛋白Tr...     

使用人工神经元网络方法预测蛋白质分子主链的二面角

本文使用人工神经元网络预测蛋白质分子主链的二面角,通过分别学习所有残基,成规则二级结构的残基,无规线团的二面角,结果表明由蛋白质分子的一级序列出发预测主链二面角,对于α螺旋成功率最高,β折叠次之,而无规线团的二面角和其一级序列相关很小,故难以预测.     

使用人工神经元网络方法预测蛋白质分子主链的二面角

本文使用人工神经元网络预测蛋白质分子主链的二面角,通过分别学习所有残基,成规则二级结构的残基,无规线团的二面角,结果表明由蛋白质分子的一级序列出发预测主链二面角,对于α螺旋成功率最高,β折叠次之,而无规线团的二面角和其一级序列相关很小,故难以预测.     

一种快速和优质的蛋白质结构刚体叠加方法

统计了１１０族同源蛋白质的多重结构联配结果,得到了局部环境依赖的氨基酸相似分数表。按此表可实施快速和优质的蛋白质结构刚性叠加,用于蛋白质工程。跟目前最好的遗传算法比较,此法可达到相同的品质（尽可能多的拓扑等价残基对和尽可能小的均方根距离）,但ＣＰＵ时间降了１个到２个数量级,对大蛋白更为明显。     

不同类型氨基酸网络参量与蛋白质折叠的关系

理论和实验研究表明,蛋白质天然拓扑结构对其折叠过程具有重要的影响．采用复杂网络的方法分析蛋白质天然结构的拓扑特征,并探索蛋白质结构特征与折叠速率之间的内在联系．分别构建了蛋白质氨基酸网络、疏水网、亲水网、亲水-疏水网以及相应的长程网络,研究了这些网络的匹配系数(assortativity coefficient)和聚集系数(clustering coefficient)的统计特性．结果表明,除了亲水-疏水网,上述各网络的匹配系数均为正值,并且氨基酸网和疏水网的匹配系数与折叠速率表现出明显的线性正相关,揭示了疏水残基间相互作用的协同性有助于蛋白质的快速折叠．同时,研究发现疏水网的聚集系数与折叠速率有明显的线性负相关关系,这表明疏水残基间三角结构(triangle construction)的形成不利于蛋白质快速折叠．还进一步构建了相应的长程网络,发现序列上间距较远的残基接触对的形成将使蛋白质折叠进程变慢．     

由残基计算蛋白质的可及表面积

蛋白质的高级结构是由一级结构决定的,这就是说,蛋白质中氨基酸的排列顺序及其相互作用决定了蛋白质的结构和功能。本文从这一基本原则出发,分析并计算了氨基酸残基在折叠和非折叠状态下的暴露和埋藏,得到了一种计算蛋白质可及表面积的新方法。     

蛋白质大分子的非晶半导体性

本文提出蛋白质大分子的非晶半导体模型.蛋白质中的带电氨基酸残基、各种金属离子、链的折叠、链的端头、……等将产生无规势场,此无规势场使多肽主链周期势场受到扰动.“带尾”的出现表明蛋白质具有非晶和无序半导体性.用此模型估计的迁移率值μ与实验值在数量级上相符.     

脯氨酸对蛋白质热稳定性的贡献

单一氨基酸的置换可以改变酶的热稳定性。脯氨酸（Ｐｒｏ）残基在蛋白质结构及其热稳定性中具有特殊作用。它十分偏爱β－转折或无规卷曲结构,而很少出现在α－螺旋和β－折叠中。分析认为在改善酶热稳定性的蛋白质工程中,只要主链构象不发生骤变,则可在适当的β－转折或无规卷曲中引入Ｐｒｏ,通过其刚性的吡咯烷环,降低蛋白质去折叠时的骨架熵,从面使其周围的构象更合理。这一Ｐｒｏ理论（ｔｈｅ ｐｒｏｌｉｎｅ ｔｈｅｏｒ     

分子内分子伴侣机制的研究进展

在原核生物、真核生物及病毒中,一些蛋白质的折叠不符合Anfinsen原则,即依靠自身的氨基酸序列是不够的,还需一段被称为分子内分子伴侣(IMC)的肽段来协助折叠．根据机制不同,IMC可分为两类：第一类IMC引导成熟肽折叠为具有空间结构的蛋白质;第二类IMC协助成熟肽的多聚化而使其获得生物学功能．IMC能提供比分子伴侣更契合的结构,更有效地引导成熟肽折叠,是一种更优的折叠策略．研究IMC分子机制,不仅能够确定IMC上哪些残基的协同作用引导成熟肽折叠,而且可通过改变或修饰其侧链来改造成熟肽,拓展传统的蛋白质工程．     

二硫键与蛋白质的结构

二硫键是肽链上2个半胱氨酸残基的巯基基团发生氧化反应形成的共价键．具有链内二硫键和链间二硫键2种形式。与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同．二硫键容易被还原而断裂,断裂后可再次氧化重新形成二硫键,因而是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键,对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。讨论了二硫键的形成和特征及其与蛋白质结构和功能之间的关系,并讨论了生物学教学中关于二硫键的一些疑问．     

脯氨酸对蛋白质热稳定性的贡献

单一氨基酸的置换可以改变酶的热稳定性。脯氨酸(Pro)残基在蛋白质结构及其热稳定性中具有特殊作用。它十分偏爱β转折或无规卷曲结构,而很少出现在α螺旋和β折叠中。分析认为在改善酶热稳定性的蛋白质工程中,只要主链构象不发生骤变,则可在适当的β转折或无规卷曲中引入Pro,通过其刚性的吡咯烷环,降低蛋白质去折叠时的骨架熵,从而使其周围的构象更合理。这一Pro理论(theprolinetheory)的分子设计新思路将会得到进一步的发展和完善。     

大肠杆菌二硫键形成蛋白A（DsbA）研究进展

二硫键形成蛋白A(DisulfidebondformationproteinA,DsbA)是存在于大肠杆菌周质胞腔内的一种参与新生蛋白质折叠过程中催化二硫键形成的折叠酶。综述了DsbA三维结构、进化过程、协助蛋白质体内外复性方面的研究进展。DsbA比硫氧还原蛋白具有更强的氧化性,其强氧化性来自于Cys30残基异常低的pKa值和不稳定的氧化型结构,通过定点突变的研究表明了Cys30残基是DsbA活性中心最关键的氨基酸残基之一。DsbA不论在体内与目标蛋白融合表达还是在体外以折叠酶形式添加,都能有效地催化蛋白质的折叠复性,同时DsbA还具有部分分子伴侣的活性。     

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.     

用改进的寡核苷酸诱导突变法改造人胰岛素前体基因

我们用改进了的寡聚核苷酸诱导突变法,将两个单一限制性内切酶位点引入人胰岛素前体B链与C链连接处附近,及C链与A铁连接处附近。用含U模板法将B链第30个残基密码子ACC改成ACG,从而引入MluⅠ位点。用修改了的缺口双链DNA突变法,将A链第4个残基密码于GAG改成CTG,引入了一个PstⅠ位点。突变效率的为17％-36％。这个突变体在人胰岛素前体结构及蛋白质折叠的研究中,将有利于更换不同的C-肽。     

大肠杆菌二硫键形成蛋白A（DsbA）研究进展

二硫键形成蛋白A（Disulfide bond formation protein A,DsbA）是存在于大肠杆菌周质胞腔内的一种参与新生蛋白质折叠过程中催化二硫键形成的折叠酶。综述了DsbA三维结构、进化过程、协助蛋白质体内外复性方面的研究进展。DsbA比硫氧还原蛋白具有更强的氧化性,其强氧化性来自于Cys³⁰残基异常低的pKa值和不稳定的氧化型结构,通过定点突变的研究表明了Cys³⁰残基是DsbA活性中心最关键的氨基酸残基之一。DsbA不论在体内与目标蛋白融合表达还是在体外以折叠酶形式添加,都能有效地催化蛋白质的折叠复性,同时DsbA还具有部分分子伴侣的活性。     

人朊病毒蛋白及其突变体的溶剂可及性和模拟分析

朊病毒是一种全新类型的致病因子,以一种全新的致病机制造成许多神经退化性疾病.它的致病性主要由于PrPC向PrPSc构象转变而造成.为了探讨PrPC向PrPSc转变过程中PrP分子构象变化的机制, 我们计算分析了人天然PrP分子及不同的单残基突变体(如M166V,S170N,E200K和R220K)的氨基酸残基溶剂可及性, 并对天然PrP分子及其突变体进行了结构重叠模拟和RMS偏量分析.结果表明由于166位等单个残基的突变, 造成PrP突变体与天然蛋白的局部结构出现较大差别, 使得部分残基的溶剂可及表面积发生了较大变化, 并且部分残基改变了它们的位置, 同时也影响蛋白质表面的电荷分布, 这些改变是为了更好地适应次级相互作用的局部环境.分析表明PrP与一般球蛋白在性质上有一定的差异, 说明PrP分子并不是一种稳定的球蛋白结构, 只是一种折叠中间物.     

人朊病毒蛋白及其突变体的溶剂可及性和模拟分析

朊病毒是一种全新类型的致病因子,以一种全新的致病机制造成许多神经退化性疾病。它的致病性主要由于PrP^C向PrP^Sc构象转变而造成。为了探讨PrP^C向PrP^Sc转变过程中PrP分子构象变化的机制,我们计算分析了人天然PrP分子及不同的单残基突变体(如M166V,S170N,E200K和R220K)的氨基酸残基溶剂可及性,并对天然PrP分子及其突变体进行了结构重叠模拟RMS偏量分析。结果表明：由于166位等单个残基的突变,造成PrP突变体与天然蛋白的局部结构出现较大差别,使得部分残基的溶剂可及表面积发生了较大变化,并且部分残基改变了它们的位置,同时也影响蛋白质表面的电倚分布,这些改变是为了更好地适应次级相互作用的局部环境。分析表明PrP与一般球蛋白在性质上有一定的差异,说明PrP分子并不是一种稳定的球蛋白结构,只是一种折叠中间物。     

蛋白质中二硫键附近肽段识别规律研究

本文对蛋白质中二硫键附近的残基进行了计算机统计分析,结果发现平行和反平行残基间存在着特异的配对规律。这种残基间的相互作用或识别,可能与蛋白质折叠过程中正确地形成二硫键有关。该结果有助于蛋白质工程设计。     

蝎长链神经毒素研究进展

蝎长链神经毒素由60－76个残基组成,含4对二硫键,主要作用于可兴奋细胞的Na^ 通道,这些毒素的作用方式和选择性各有不同,其中功能相似的毒素,其蛋白质及基因序列也都很相似,所有这些长链毒素的三结构地都采用相似的折叠方式,对这些毒素结构与功能研究的深入,将有利于我们对蝎毒素作用机理的了解,并有可能使其更具有生物防虫害或疾病治疗等实际意义。