短杆菌肽A-DMPC通道内离子输运的分子动力学模拟

用最近提出的构建膜体系初始构象的有效方法 ,构建了在DMPC脂膜环境下短杆菌肽A通道模型 (GA -DMPC)。通过对Na 、Ca2 、Cl-三种不同离子在GA -DMPC通道内不同位置的分子动力学模拟 ,研究离子在通道内输运过程中与通道及通道内水分子的相互作用 ,从分子动力学的角度阐明离子在通道内的输运机制。主要计算结果表明 :(1)离子在通道内的输运使GA的构象发生变化 ,GA的柔性是离子在通道内通透的重要因素 ;(2)Cl- 离子可扩大通道半径 ,Na 离子和Ca2 离子则减小通道半径。Cl-离子不能在GA通道内通透 ;(3)离子的出现使通道内水分子的偶极方向发生变化。上述结果均与实验相符。     

付里叶变换红外光谱研究短杆菌肽A及其在脂双层中加Na~＋前后的构象变化

用ＦＴＩＲ光谱研究了短杆菌肽Ａ（ＧＡ）在固态,组装入ＤＰＰＣ脂持体,以及Ｎａ＋结合状态的构象变化。固态时酰胺Ⅰ带峰位于１６３ｃｍ－１左右,且在１６８５ｃｍ－１处有一肩峰;酰胺Ⅱ带位于１５３０ｃｍ１左右,整个分子为反平行的β螺旋结构,为非通道构象。当ＧＡ组装入脂质体后,酰胺Ⅰ带仍位于１６３３ｃｍ－１,但１６８５ｃｍ－１的肩峰消失,酰胺Ⅱ带移至１５５０ｃｍ－１,分子间氢键转变为分子内氢键,二聚体从原来的双股螺旋变为头－头相连的单股螺旋,是ＧＡ的膜内通道构象。Ｎａ＋的结合并不改变ＧＡ的骨架结构,但通过对酰胺Ⅰ带的拟合分析发现：加Ｎａ＋后位于１６４４ｃｍ－１的无规结构含量减少１０％,而有序结构增加,提示部分无视结构可能有一种“门”的作用：当无离子通过时为“关闭”状态,当与离子结合后即“打开”,这样通过构象的改变来实现其通道功能。     

盐处理下ZxSOS1调控旱生植物霸王Na~＋、K~＋转运蛋白基因的表达

本研究以多浆旱生植物霸王（Zygophyllum xanthoxylum）野生型（WT）及质膜Na＋/H＋逆向转运蛋白基因ZxSOS1-RNAi（RNA干扰）株系（L9）为材料,采用实时荧光定量PCR的方法分析了ZxSOS1被干扰后,霸王各组织中参与Na＋、K＋转运的重要通道或转运蛋白编码基因表达丰度的变化。结果显示,50 mmol·L-1 NaCl处理下,随处理时间延长,WT和L9根和茎中ZxSOS1和ZxSKOR、叶中ZxSOS1、ZxNHX和ZxVP1的表达丰度逐渐增加;ZxHKT1;1和ZxAKT1在WT根中的表达丰度呈增加趋势,而在L9根中则呈降低趋势;盐处理48 h后,L9株系中上述各基因的表达丰度均显著低于WT。由此从基因表达水平解析了ZxSOS1-RNAi株系叶和茎中Na＋的分配比例显著下降、根中显著增加,而K＋在其叶和根中的分配比例下降、茎中显著增加的调控机制。可见,ZxSOS1可通过调节各组织中参与Na＋、K＋转运的重要通道或转运蛋白编码基因的表达以调控霸王体内Na＋、K＋转运、空间分配和稳态平衡,进而调节植株的生长。     

菠菜叶片类囊体膜上K^＋通道的直接测定及其离子选择性

将经蔗糖密度梯度离心纯化的菠菜（Ｓｐｉｎａｃｅａ ｏｌｅｒａｃｅａ Ｌ．） 叶片类囊体膜微囊泡嵌入平面脂双层（ｐｌａｎａｒ ｌｉｐｉｄ ｂｉｌａｙｅｒｓ）,至少检测到一种Ｋ＋ 单通道信号, 其电导约为５５ ｐＳ,具有电压依赖特性,对ＴＥＡ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌａｍ ｍ ｏｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）敏感,这一通道的ＰＫ＋ ／ＰＣｌ－ 通透比约为１４．９。离子通道的选择性可以在对称的离子条件下测定不同离子的电导,或者在双离子条件下测定反转电位确定,其对单价阳离子的选择顺序为：Ｋ＋ ＞ Ｎａ＋ ＞ Ｌｉ＋ ＞ ＮＨ＋４ ＞ Ｃｓ＋ 。     

三丁基锡对人红细胞膜Na~＋，K~＋－ATPase活性的抑制作用

三丁基锡（ＴＢＴ）是人红细胞膜上Ｎａ~＋,Ｋ~＋－ＡＴＰａｓｅ的一种抑制剂．该化合物对Ｎａ~＋,Ｋ~＋－ＡＴＰａｓｅ有很强的抑制能力．在正常的反应体系中,ＴＢＴ浓度仅为１０μｍｏｌ／Ｌ时,该酶的活性全部丧失;其抑制Ｎａ~＋,Ｋ~＋－ＡＴＰａｓｅ的ＩＣ＿（５０）值为２．２μｍｏｌ／Ｌ．Ｋ~＋能增强ＴＢＴ的这种抑制作用,ＴＢＴ为Ｋ~＋的反竞争性抑制剂．     

游泳训练与大鼠骨骼肌细胞膜电位及Na~＋，K~＋－ATP酶活性之间关系的探讨

大鼠腓肠肌在１０Ｈｚ电刺激持续收缩运动中,肌细胞膜电位表现为静息电位（ＲＰ）和复合动作电位（ＣＡＰ）幅值呈下降的趋势,且ＣＡＰ的时程展宽。经过９周的游泳训练后,训练组动物整体的运动耐力明显提高;在相同的持续收缩运动时间内,训练组的ＲＰ和ＣＡＰ的下降幅度明显小于对照组（Ｐ＜０．０５）;并发现训练组ＮＡａ￣＋,Ｋ￣＋－ＡＴＰ酶活性明显提高（Ｐ＜０．０１）。结果提示,体力训练使肌细胞膜的功能产生了适应性变化,提高了对运动的耐受能力。     

丹皮酚对NG108－15细胞电压门控K~＋，Na~＋，Ca~（2＋）流的抑制

利用克隆系ＮＧ１０８－１５细胞在膜片箝全细胞记录（ｗｈｏｌｅ－ｃｅｌｌｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）下，观察了丹皮酚（Ｐａｅｏｎｏｌ，ＰＡ）对钾、钠和钙流的作用。结果表明，ＰＡ对延迟整流钾电流（ＩＫ）、钠电流（ＩＮａ）、Ｔ型和Ｌ型钙电流（ＩＣａ，Ｔ；ＩＣａ，Ｌ）均有明显的抑制效应，作用迅速（１ｍｉｎ起效），呈量一效关系，有相当好的可逆性。     

超极化激活的环核苷酸门控性阳离子通道（HCN）与疾病的相关性

超极化激活的环核苷酸门控的阳离子通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gate cation channel,HCN)是一种特殊的阳离子通道,存在于神经细胞、小肠间质细胞、窦房结细胞或心脏细胞等具有自律性的细胞膜上,是产生过度激活正离子电流的结构基础,被认为是起搏细胞的重要特征。HCN离子蛋白通道不但与细胞凋亡以及电流传导有着密切关系,而且还与多种生命活动过程密切相关,近年来,已涉及到疼痛、癫痫、心律失常、消化道系统等许多疾病,特别是有关神经系统方面的疾病,下面将超极化激活的环核苷酸门控性阳离子通道(HCN)与疾病的关系综述如下。     

木聚糖酶EvXyn11TS耐热性与其N端二硫键的相关性分析

[目的]以糖苷水解酶11家族耐热木聚糖酶EvXyn11TS为研究对象,定点突变其编码基因Syxyn11,揭示EvXyn11TS耐热性与其N端二硫键的相关性.[方法]对不同来源的、与EvXyn11TS一级结构相似度较高的若干11家族木聚糖酶进行多序列同源比对,发现只有耐热的EvXyn11TS在其N端存在一个二硫键(Cys5-Cys32);运用分子动力学模拟预测该N端二硫键存在与否对木聚糖酶热稳定性的影响.以人工合成的Syxyn11为母本,采用PCR技术将其编码Cys5的密码子TGT突变为编码Thr5的ACT,构建去除了N端二硫键的突变酶(EvXyn11M)的编码基因Syxyn11M;分别将Syxyn11和Syxyn11M在毕赤酵母GS115中进行表达,并分析表达产物EvXyn 11 TS和EvXyn11M的温度和pH特性.[结果]酶学性质研究结果表明:EvXyn11M的最适温度Topt由突变前的85℃降至70℃;EvXyn11TS在90℃的半衰期t1/290为32 min,而EvXyn11M在70℃的半衰期t1/270仅为8.0 min.[结论]运用分子动力学模拟预测了N端二硫键对EvXyn11TS耐热性的重要作用,并通过定点突变验证之,为其它与耐热EvXyn11TS一级结构相似的、11家族常温高比活性木聚糖酶的耐热性改造提供了新的技术策略.     

双酚A(BPA)与黑腹果蝇雌激素相关受体(dERR)的结合模式及对其基因表达的影响

【目的】雌激素相关受体(estrogen-related receptors, ERRs)属于核受体(nuclear receptor, NR)超家族,在昆虫新陈代谢和能量转换调节中发挥重要作用。双酚A(bisphenol A, BPA)与昆虫生殖和神经系统疾病有关。本研究旨在探究BPA影响黑腹果蝇Drosophila melanogaster ERR(dERR)的作用机理。【方法】通过AutoDock Vina模拟小分子BPA与Modeller 9.25构建的dERR蛋白的分子对接,使用Gromacs 5.1.9进行分子动力学模拟,并结合自由能的计算探究BPA与dERR的结合模式。利用qRT-PCR方法检测3种浓度(0.1, 1和10 μg/L) BPA处理6, 12和24 h对黑腹果蝇成虫和2龄幼虫中dERR基因转录水平的影响。【结果】通过分子对接和极性溶剂化能发现,Phe370及Leu334等侧链氨基酸是BPA与dERR结合的关键氨基酸。qRT-PCR分析显示,不同浓度的BPA处理6和12 h时黑腹果蝇成虫和2龄幼虫中dERR基因转录水平均发生显著变化,而0.1 μg/L BPA处理24 h时的几乎接近对照。【结论】BPA能够影响黑腹果蝇体内dERR的表达,作用机理可能跟BPA与dERR的潜在特异性结合有关。     

Electric field effects on membranes: gramicidin A as a test ground

Electric fields due to transmembrane potential differences or ionic gradients across the membrane are presumably crucial for many reactions across membranes or close to membranes like signal transduction, control of ion channels or the generation of neural impulses. Molecular dynamics simulations have been used to study the influence of external electric fields on a mixed gramicidin/phospholipid bilayer system. At high field strengths, formation of membrane electropores occurred both close and distal to the gramicidin. Gramicidin was found to stabilize the membrane adjacent to the protein but also at larger distances of up to 2-3 nm. As a result, membrane pore formation was found to be significantly suppressed for the mixed gramicidin/DMPC system. Moderate field strengths only weakly affected the structure and dynamics of the gramicidin. Spontaneous potassium passage events in external electric fields were observed for both the head-to-head helical conformation as well as for the double helical conformation of gramicidin A. The double-helical conformation was found to facilitate ion passage compared to the head-to-head helical dimer.     

MAINTENANCE OF IONS,PROTEINS AND WATER IN LENS FIBER CELLS BEFORE AND AFTER TREATMENT WITH NON-IONIC DETERGENTS

If the plasma membrane and its associated transport proteins are solely responsible for maintenance of the asymmetric solute distribution then disruption of the plasma membrane would quickly lead to the symmetric distribution of all unattached inorganic ions between the cell and the extracellular environment. To test this hypothesis fresh pig lenses were incubated in Hanks ’ balanced salt solution in either absence or presence of non-ionic detergents (0.2 % Triton X-100 or 0.2 % Brij 58). Both detergents caused permeabilization of every lens fiber cell as shown by electron microscopy. The flux kinetics of K⁺, Mg^{2 +}, Na⁺, Ca^{2 +}, water and protein out of and into the permeabilized lens fiber cells was measured. Triton X-100 caused a faster flux rate of all solutes than did Brij 58. The Triton X-100 induced flux of solutes and water was associated with a decrease in lens ATP. Incubation of untreated lenses in solutions of different osmotic pressures at 0 °C demonstrated that the major fraction of lens water was osmotically unresponsive. Thus the asymmetric distribution of solutes in lens fiber cells is dependent on an intact plasma membrane and on a co-operative ATP-dependent association between K⁺, Mg^{2 +}, water and cytomatrix proteins.     

太原汾河蓄水区2014年丰水期叶绿素的时空变化及环境因子相关性分析

应用主成分分析（PCA）和典范对应分析（CCA）方法,对太原汾河蓄水区的环境因子和浮游植物之间的关系进行分析和探讨。结果表明,太原汾河蓄水区水体叶绿素含量具有一定的时空差异性,变化范围为5.83-181.00 mg/m3,各采样点7月的叶绿素含量整体较高,S8河段（南中环桥-祥云桥）具有最大值181.00 mg/m3,而S1河段（柴村桥下）平均含量仅10.60 mg/m3。叶绿素含量与高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、总磷、氮磷比及pH相关性显著。PCA分析表明浮游植物生物量、有机物质、氮磷营养盐、水文气象状况以及水体光合作用强度都是影响汾河蓄水区水环境的因素,其中叶绿素、高锰酸盐指数、化学需氧量、总磷的影响更为显著。CCA结果表明蓝藻门、绿藻门、硅藻门植物的空间分布差异小,但相对多度值存在一定的差异,各样点之间以及环境因子的相关性存在不同程度的差异。     

新生大鼠大脑皮层神经元胞体ATP激活的离子通道及其特性

用膜片箝技术的细胞贴附式和内面向外式,在机械分离的新生ＳＤ大鼠的大脑皮层神经元上,记录到ＡＴＰ激活的离子通道。此通道的电导为３２ｐＳ,对Ｎａ~＋,Ｋ~＋和Ｃｓ~＋无选择性通透,而对Ｃｌ~－不通透。通道开放时间分布直方图多数需用双指数拟合,少数可用单指数拟合;通道关闭时间分布直方图均需用双指数拟合。通道的平均开放时间和开放概率均不依赖于膜电位;但通道的开放概率随着激动剂ＡＴＰ浓度的增加而增大。当电极内液无ＡＴＰ时,无通道电流。六烃季胶和美加明不能阻断此通道。上述结果表明,新生大鼠的大脑皮层神经元胞体可能存在ＡＴＰ激活的离子通道。     

钾通道活化剂对豚鼠气道平滑肌电压依赖性钾通道特性的影响

钾通道活化剂可激活钾离子通道并松驰支气管平滑肌,在急性分离的豚鼠支气管平滑肌细胞上,用膜片钳技术的细胞贴附式和内面向外式研究了其对电压依赖性钾通道的直接作用。结果证实：在全细胞记录条件下,卡吗克林和拉吗克林不影响静息膜电位。但在去极化时可使通道电导从７５．２±５．１ｐＳ分别增大到８５．９±１１．８ｐＳ和８２．１±５．５ｐＳ。通道动力学特性也发生了改变,通道平均开放时间的τｏ２值延长和开放概率显著增加,其中拉吗克林的作用更为强。两者均可诱发通道出现多级开放。表明这两类活化剂可使去极化时钾离子外流增加。     

辐射增敏剂增敏活性的分子连接性研究

计算４２个辐射增敏剂的各阶分子连接性指数ｍＸｔ及△ｍＸｔ,并对其中３８个非对称性化合物的分子连接性指数与其增敏活性进行定量构效关系（ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｒｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｃｔｉｖｉｔｙＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ,ＱＳＡＲ）的研究,得到相关方程。并分析了影响增敏活性的１ｇＰ、ＥＳ及σ在一定程度上都可通过分子连接性指数表达出来。对这些增敏剂进行分子对称性的研究,发现对称性会降低分子的极性,进而降低其增敏活性。另外,还发现在这些增敏剂中存在亚类现象,并对各亚类的反应机理进行了探讨。     

Test of molecular dynamics force fields in gramicidin A

The force fields commonly used in molecular dynamics simulations of proteins are optimized under bulk conditions. Whether the same force fields can be used in simulations of membrane proteins is not well established, although they are increasingly being used for such purposes. Here we consider ion permeation in the gramicidin A channel as a test of the AMBER force field in a membrane environment. The potentials of mean force for potassium ions are calculated along the channel axis and compared with the one deduced from the experimental conductance data. The calculated result indicates a rather large central barrier similar to those obtained from other force fields, which are incompatible with the conductance data. We suggest that lack of polarizability is the most likely cause of this problem, and, therefore, urge development of polarizable force fields for simulations of membrane proteins.     

太平湖浮游动物动态演替与环境因子的相关性研究

2012年11月至2014年10月, 对太平湖浮游动物群落进行了为期两年的调查研究。共鉴定出浮游动物45属89种, 其中轮虫 29属69种、枝角类5属7种、桡足类2属4种和原生动物9属9种; 优势种主要来自于轮虫异尾轮虫属(Trichocereca)和龟甲轮虫属(Keratella)。浮游动物的丰度值存在明显的季节变化, 表现为夏季最大, 平均达1326 ind./L, 秋季春季次之, 分别为608和605 ind./L, 冬季最小为216 ind./L; 垂直分布表现为春夏季太平湖表层浮游动物丰度最高, 中间层次之, 底层最小, 秋冬季则表现为中间层最高。浮游动物群落Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数中间层普遍高于表层和底层, Pielou均匀度指数表现为底层要高于表层和中间层, 季节变化表现为夏秋季显著高于冬春季的现象, 水质评价表明夏秋季水质好于春冬季。聚类和多维尺度分析表明: 太平湖浮游动物可分为夏秋季类群与春冬季类群, 两类群均表现为湖心与上下游区域群落结构差异较大, 其中春冬季类群差异较明显; 相关和逐步回归分析表明: 透明度和水温为太平湖浮游动物群落结构变化的主要环境影响因子; 依据结构方程模型(SEM)和冗余分析(RDA)的结果显示, 在溶解氧和水温较高的水环境中浮游动物丰度值表现为较大, 其中水温对轮虫的影响高于对枝角类和桡足类的影响。