基于结构比较的蛋白质模建系统及其评估

对蛋白质三维结构的同源模建的所有关键模块作了详细研究后,现已整合成蛋白质结构模建的软件系统ＰＭＯＤＥＬＬＩＮＧ。它分主链模建和侧链安装两部分,共七个模块组成。经１１族同源蛋白的模建实验的回顾性检表明,与目前流行的商品软件相比,具有操作自动化,模建精度高和运行时间少的优点。文中还对蝮蛇蛇毒磷酯酶,细胞因子受体ＣＤ４０的配体ｇｐ３９,小鼠巨细胞蛋白酶和人白介素１３等至今未知结构的蛋白作了预测性模建。     

第三届理论生物物理学术会议会议纪要

中国生物物理学会理论生物物理专业委员会于1992年11月1日—2日在上海生化所举行了第三届理论生物物理学术会议,内容是“蛋白质工程、基因组分析和非线性生物学”参加人数近四十人,其中大都是30岁以下的硕士和博士。宣读的论文已经与国际同行接轨,其主要贡献是:1.蛋白质结构联配-863项目已经制成BX“蛋白质结构联配软件”,从而可能实现远缘同源蛋白质的分子模建。至今的同源分子模建属于近缘同源模建。     

基于知识的蛋白质结构预测

介绍了近几年基于知识的蛋白质三维结构预测方法及其进展．目前,基于知识的结构预测方法主要有两类,一类是同源蛋白模建,这种技术比较成熟,模建的结果可靠性比较高,但只适用于同源性比较高的目标序列的模建;另一类方法即蛋白质逆折叠技术,主要包括3D profile方法和基于势函数的方法,给出的是目标蛋白质的空间走向,它主要可用于序列同源性比较低的蛋白质的结构预测．     

蛋白质结构预测方法探析

首先介绍了蛋白质结构预测中的三种理论方法,然后对同源蛋白质结构预测中侧链构造和环区构建中涉及到的主要方法进行了探讨,对非同源蛋白质结构预测中空间构象搜寻涉及到的主要算法进行了分析比较。     

枯草杆菌蛋白酶E的分子动力学模拟和随机动力学模拟

在同源蛋白质序列比较的基础上;利用毕汝昌小组计算机图象系统得到的粗结构,作了能量极小化,分子动力学模拟,随机动力学模拟,得到了枯草杆菌蛋白酶的空间结构.并将该结构与已知同源蛋白质的空间结构进行了比较.     

寡聚结构变化与DegP蛋白酶的激活

种类繁多的蛋白质所发挥的各种功能对于生命现象是至关重要的,然而蛋白质的结构却总是受到体内外各种因素的干扰甚至破坏。因此,生物体为了维持蛋白质的活性构象,蛋白质质量控制（protein quality control）机制是必不可少的,而这种机制一旦失效将导致各种与蛋白质折叠相关的严重疾病,例如帕金森病（Parkinson’s disease）和阿尔茨海默病（Alzheimer’s disefse）等。分子伴侣和蛋白酶是参与蛋白质质量控制的主要两类蛋白质分子,它们能够结合错误折叠的底物蛋白并辅助其重新折叠或将其降解。DegP蛋白（又称为HtrA）是存在于大肠杆菌的膜间质中的一种热休克蛋白,对于大肠杆菌在高温下的存活是必需的。它的独特之处在于它同时具有分子伴侣和蛋白酶两种活性,因此DegP是研究蛋白质质量控制机制的一种典型样品。DegP同源蛋白（统称为HtrA蛋白家族）几乎存在于所有的生物种类中,它们的功能可能是参与细胞的胁迫反应。     

用于蛋白质同源模建及三维结构预测的结构比较方法

继前面的工作把测试蛋白从三族扩大到十一族,寻求联配参数的普适“缺省值“;比较不同的主链曲率和挠率的计算方法,进一步确认主链的折红红分几何刻划方法的有效性;寻找有效的可变缺失突变惩罚函数的形式。结果表明,编制的蛋白质多重联配软件系统是满意的,可用于蛋白质三维结构预测。     

基于结构比较的蛋白质同源模建系统及其评估Ⅱ侧链的安装

至今,有关蛋白质侧链的同源模建,除了在本体模板上安装侧链和少数限制条件下在同源模板上安装侧链的报道外,系统的研究和实施似乎还未见报道。本软件系统ＰＭＯＤＥＬＩＮＧ采用同源移植和“死端排除“相结合的侧链安装策略,对与模板蛋白相应践基具有相似大小和形状的目标残基采用直接移植的方法。其余铡链则用广义“死端排除定则”安装。经众多蛋白的测试,达到了较好的模建品质。     

基于结构比较的蛋白质同源模建系统及其评估Ⅱ侧链的安装

至今,有关蛋白质侧链的同源模建,除了在本体模板上安装侧链和少数限制条件下在同源模板上安装侧链的报道外,系统的研究和实施似乎还未见报道。本软件系统ＰＭＯＤＥＬＩＮＧ采用同源移植和“死端排除“相结合的侧链安装策略,对与模板蛋白相应践基具有相似大小和形状的目标残基采用直接移植的方法。其余铡链则用广义“死端排除定则”安装。经众多蛋白的测试,达到了较好的模建品质。     

RecA蛋白介导的三链核酸结构形成及其序列提取

人工合成的单链DNA分子经PCR扩增形成双链DNA分子。将RecA蛋白与生物素标记的寡聚核酸探针序列在ATPγS存在的情况下共同哺育,使RecA蛋白包裹寡聚核酸探针,然后加入含同源序列的上述双链DNA分子经适当环境哺育形成了稳定的局部三链核酸结构。通过加入链亲和素包裹的磁珠吸附生物素化的探针,这样同源双链DNA分子与寡聚核酸探针形成的局部三链核酸结构也被吸附在磁珠上。使用磁分离装置提取这一结构,逐步降低盐离子浓度以洗脱双链DNA分子。将洗脱液中残留的蛋白质去除,经PCR扩增可获得目的DNA序列。同时使用同源探针和非同源探针在其它序列中提取目的DNA序列,结果显示目的DNA序列只被同源探针提取。实验结果显示了这一三链核酸结构形成的序列特异性,并且其稳定性随盐离子浓度降低而下降。提示在这一结构中同源的寡聚核酸单链与双链DNA分子形成了氢键结合,同时提示使用文中描述的方法可以提取特异的序列,用以克隆相应的基因。     

同源异形域结构及对DNA的识别

同源异形域蛋白是真核生物中一类重要的转录因子.根据同源盒基因及其同源异形域产物的肤链结构可以分为多种家族.文章综述了同源异形域与DNA结合的一般特点.并叙述了Antp、POU等重要类型的转录因子如何识别DNA位点、HTH及其他蛋白质在识别中如何起作用.     

牙鲆弹性蛋白酶cDNA全长和蛋白质结构分析

为研究牙鲆丝氨酸蛋白酶家族的功能和及其家族的分子进化规律,从本实验室已构建的牙鲆肝胰脏cDNA文库进行了部分测序,从而筛选出一个弹性蛋白酶新成员：弹性蛋白酶5。在此基础上,结合Genbank数据库中已经提交的胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶,对三者蛋白质进行了序列分析和三维结构的比较。牙鲆弹性蛋白酶cDNA包含一个完整的读码框（提交Genbank的登录号为EU873084）。其编码区平均GC含量为54％,推测编码的蛋白质包含296个氨基酸,分子量为29．04KD,等电点为6．14。蛋白序列比较表明它和牙鲆弹性蛋白酶3相似性最高。通过同源建模得到弹性蛋白酶5的三维结构和牛胰凝乳蛋白酶结构相似,包含了2个α螺旋、β个8折叠和13个转角结构。牙鲆弹性蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶中底物结合区的3个关键氨基酸有明显的区别,这些氨基酸的变化改变了底物结合位点开口的大小,胰凝乳蛋白酶2的三个关键氨基酸和牛胰凝乳蛋白酶相同,该区域能接受结构较大的芳香族氨基酸;胰蛋白酶3能更好的结合阳性氨基酸Lys或Arg;而弹性蛋白酶开口很小,只能结合小的残基。上述结果证明了牙鲆丝氨酸蛋白酶家族中的弹性蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶底物结合位点的结构差异决定了其对底物选择的特异性。     

蛋白质的结构转换

许多不相关的蛋白质含有相同的短肽序列却形成不同的空间构象. 结构转换广泛存在于蛋白质折叠和功能过程中, 具有重要的生物学意义. 综述了Serpin和EF-Tu的失活、血细胞凝集素的激活、蛋白酶成熟、亚基装配和蛋白质淀粉样化等过程中肽链同源肽段的结构转换模式, 并讨论了它在理解蛋白质折叠机理和“构象病”病因中的应用.     

新型冠状病毒PLpro蛋白酶结构与功能的生物信息学分析

2019年12月,由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)在中国武汉暴发。SARS-CoV-2的基因组编码2种病毒蛋白酶,即木瓜样蛋白酶(Papain-like protease,PLpro)和3C样蛋白酶(3C-like protease)。其中PLpro是SARS-CoV-2复制酶复合体(RC)形成的重要调节蛋白分子,对于病毒基因组转录和复制至关重要。因此,将SARS-CoV-2 PLpro作为药物的靶点对COVID-19的治疗具有积极意义。本研究应用生物信息学工具分析新型冠状病毒的木瓜样蛋白酶的结构和功能,首先利用BLAST和BioEdit获取SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶(SC2-PLpro)及其同源蛋白的氨基酸序列,并利用BLAST和MEGA 6.0进行同源性分析。之后,利用ProParam和Proscale分别对SC2-PLpro蛋白酶的理化性质、亲水性和疏水性进行分析。然后,通过SOMPA、ScanProsite和InterPro分别预测SC2-PLpro蛋白酶的二级结构和功能区域,进一步利用SignalP 4.0和TMHMM对SC2-PLpro蛋白酶的信号肽和跨膜区进行分析。最后,通过SWISS-MODEL对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶进行三级结构同源建模。结果显示,对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶与已报道的PLpro蛋白酶进行多序列比对后,发现SARS-CoV-2 nsp3的746~1063段氨基酸与多种冠状病毒PLpro蛋白酶氨基酸序列高度相似。同时,同源性分析发现SARS-CoV-2与蝙蝠冠状病毒的PLpro蛋白酶具有同源性,其中与QHR63299、AVP78030相似性最高。对SC2-PLpro进行理化性质预测结果显示,其由318个氨基酸所组成,为稳定亲水性蛋白。二级结构预测结果显示SC2-PLpro主要含有α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲,四种结构贯穿整条氨基酸链。进一步进行功能分析,发现其具有完整的催化三联体、锌结合域、泛素样N末端结构域,故推测该蛋白具有去泛素化的功能。然后,信号肽假说和跨膜结构域分析结果表明,SC2-PLpro既不是分泌蛋白,也不属于跨膜蛋白。本研究提示,生物信息学分析SC2-PLpro为稳定性亲水蛋白,属于非跨膜蛋白,比较保守,具有去泛素化的功能,利用此功能可以进一步规避宿主的固有免疫反应。通过制备PLpro蛋白酶小分子抑制剂,可能有助于治疗新型冠状病毒肺炎。     

从进化角度分析皮肤脱屑相关Kallikrein7蛋白家族潜在抑制剂结合点

KLK7是丝氨酸蛋白酶家族的一员,能够水解桥粒蛋白从而引起角质层细胞间粘合力下降,是治疗皮肤脱屑的靶标。为了研究KLK7潜在特异性抑制点,本研究利用NCBI的blastp寻找人KLK蛋白同源序列,然后对获得的同源序列在Smart中验证是否有丝氨酸胰蛋白酶保守功能域。并基于获得的59个人KLK7蛋白同源序列进行进化踪迹分析,对于获得的65个KLK7蛋白全家族保守残基进一步用序列对比和结构对比进化分析进行验证。然后用Metapocket预测人KLK7蛋白质潜在配基结合点,结合之前获得的61个KLK7蛋白全家族保守残基进行潜在的抑制剂结合点分析,Asp104和Arg123是潜在的特异抑制剂结合点。其中Asp204和Ile30之间的盐桥对蛋白质结构起到稳定作用,Arg123是KLK7的外结合点,为寻找KLK7特异性抑制剂奠定了理论基础。     

基于生物信息学方法预测人线粒体转录终止因子3蛋白的结构与功能

目的:基于生物信息学预测人线粒体转录终止因子3(hMTERF3)蛋白的结构与功能。方法:利用GenBank、Uniprot、ExPASy、SWISS-PROT数据库资源和不同的生物信息学软件对hMTERF3蛋白进行系统研究,包括hMTERF3的理化性质、跨膜区和信号肽、二级结构功能域、亚细胞定位、蛋白质的功能分类预测、同源蛋白质多重序列比对、系统发育树构建、三级结构同源建模。结果:软件预测hMTERF3蛋白的相对分子质量为47.97×103,等电点为8.60,不具信号肽和跨膜区;二级结构分析显示主要为螺旋和无规则卷曲,包含6个MTERF基序,三级结构预测结果与二级结构预测结果相符;亚细胞定位分析结果显示该蛋白定位于人线粒体;功能分类预测其为转运和结合蛋白,参与基因转录调控;同源蛋白质多重序列比对和进化分析显示,hMTERF3蛋白与大鼠、小鼠等哺乳动物的MTERF3蛋白具有高度同源性,在系统发育树上聚为一类。结论:hMTERF3蛋白的生物信息学分析为进一步开展对该蛋白的结构和功能的实验研究提供了理论依据。     

繁缕核糖体失活蛋白基因克隆及序列分析

采用同源克隆结合RACE法,克隆了繁缕核糖体失活蛋白的全长cDNA,命名为q3(GenBank accession GQ870262)。序列分析结果表明,q3的开放阅读框(ORF)长780 bp,编码259个氨基酸。序列G+C含量为41.5%,与大部分Ⅰ型RIP基因相近。q3编码的蛋白质命名为Q3,理论分子量为28.16 kD,pI为9.44,均与Ⅰ型核糖体失活蛋白相近;包含由23个氨基酸组成的信号肽。功能结构域分析发现,该蛋白含有3个蛋白激酶磷酸化位点、4个络氨酸蛋白激酶磷酸化位点和7个N-肉豆蔻酰化位点。三级结构预测发现,有35.52%的氨基酸残基参与了α螺旋,24.32%的氨基酸残基组成延伸链,40.15%的氨基酸残基随机缠绕其中。基于繁缕及其近缘种核糖体失活蛋白的氨基酸序列构建的系统发育树显示,其结构与经典分类结果基本一致。     

五步蛇蛇毒金属蛋白酶cDNA的克隆和序列分析

抽提五步蛇毒腺总RNA,通过反转录PCR(RT-PCR)扩增出五步蛇毒腺中一种低分子量金属蛋白酶(aculysinl)的cDNA,克隆到pGMT-vector并测定了全序列.推导其编码的蛋白质序列,发现aculysinl是以酶原形式合成的分泌蛋白,酶原包括信号肽、前肽、金属蛋白酶成熟肽和间隔肽4个部分.金属蛋白酶成熟肽与其它蛇毒金属蛋白酶相比,蛋白质一级结构具有一定的同源性,有一个保守的Zn2+结合位点:HEXXHXXGXXH.Aculysinl含有6个半胱氨酸,推测形成3对链内二硫键.五步蛇低分子量金属蛋白酶cDNA的克隆,为研究蛇毒金属蛋白酶结构与功能的关系,以及开发治疗血栓药物打下了良好的基础     

蛋白质结构成对比较的新方法

介绍一种蛋白质三维结构的快速比较方法.此方法毋需初始联配,而能自动寻找和智能迭代.利用本程序对珠蛋白、丝氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、钙结合蛋白和溶菌酶作了系统的结构比较,取得了满意的结果.本文也讨论了衡量联配结果好坏的要素问题.     

定量蛋白质组学揭示酵母去泛素化酶Ubp14生物学功能

泛素化是一种动态可逆的蛋白质翻译后修饰,泛素分子在泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶的级联酶促反应催化下共价连接到底物蛋白上。去泛素化酶将泛素分子从底物上移除,动态可逆地调控泛素化修饰,在成熟泛素的生成、泛素链的移除与修剪、游离泛素链的回收等过程中发挥着关键的调控作用。本文的研究对象是酵母中泛素特异性蛋白酶(ubiquitin specific protease, USP)家族成员Ubp14,负责回收细胞内游离的泛素链。本研究定量比较了酵母细胞中Ubp14缺失对全蛋白质组的影响,进而找出其潜在的调控通路和分子功能。首先,通过同源重组技术构建了ubp14?菌株,发现其生长速度低于野生型酵母。利用稳定同位素氨基酸代谢标记技术结合深度覆盖的蛋白质组学分析技术,系统比较了ubp14?菌株相对于野生型菌株的差异蛋白,共计鉴定3 685个蛋白,通过统计学分析筛选得到109个差异蛋白。基因本体论分析发现,Ubp14缺失引起的差异蛋白主要参与了包括氨基酸代谢、氧化还原和热应激等生物学过程。本研究为深入探究去泛素化酶Ubp14的生物学功能,进而深刻理解游离泛素的稳态平衡与生物学过程调控提供了高可信的蛋白...