分子水平的达尔文选择——相互作用蛋白质间协同进化的规律

根据Kimuro于1968年提出的分子进化中性理论(Neutral theory of molecular evolution),“分子水平上的大部分进化变异不是由于达尔文选择所致,而是选择上中性或接近中性的突变随机漂移(random drift)的结果”。越来越多的证据表明,蛋白质间的相互作用(interacting)在其功能、调控中发挥重要作用。其中,配基-受体、酶-抑制剂、亚基-亚基等方式的蛋白质相互作用的功能已得到较深入     

分子减速进化的普遍性研究

分子水平“中性突变”的发现与“中性学说”的提出丰富了人们对生物进化尤其是分子进化的认识,同时对达尔文主义提出了严峻挑战.中性论者认为:分子水平的绝大部分突变对生物体既非“有利”,亦非“有害”,而是中性.它们主要是通过在群体中的遗传漂变被随机固定或消除,因而具有恒定的,与生物世代长短无关的突变速率.60年代中期Zuckerkandl等提出的“分子进化钟”假设(即分子进化速率在整个物种演化中恒定)是中性理论的主要支柱.但此假设自问世以来就一直存有争议,只是由于双方均采用相对分子进化速率(为两物种分子进化速率均值),双方的证据均不能让对方信服.为解决此论争,我们建立了绝对分子进化速率(指单一物种分子进化速率)计算方程,揭示多系-集落刺激因子(multi-CSF)与GM(粒单系)-CSF在哺乳动物进化中不遵守“分子进化钟”,其进化速率随物种进化程度提高而降低,即呈现“减速进化(slow-down evolution)”.为判断此现象的普遍性,本文系统分析了4种不同蛋白质从单细胞原核生物到单细胞真核生物、植物、节肢动物,直至灵长类中人的绝对分子进化速率的变化情况,证明“减速进化”在不同蛋白质/酶中,在不同物种进化中均普遍存在,因而推测为一种普遍的规律.此外,本文还尝试了用此规律来分析、估计相近物种(     

蛋白质磷酸化的生物信息学研究新进展

细胞是生命活动的基本单元.在分子水平,细胞生命活动的可塑性与动力学特征体现为动态的蛋白质-蛋白质作用网络.同一蛋白质的功能因其时空位置而产生不同的生物学意义.蛋白质的时空动力学特征通常由蛋白质的共价修饰来调控.蛋白质磷酸化是细胞内最重要的及常见的一种修饰方式.在人类细胞中,参与蛋白质磷酸化的蛋白     

分子进化研究上的争论及分子进化的意义

分子生物学的蓬勃发展,推动了生物学其他分支深化到分子水平,进化历史和进化机制的研究亦不例外,这就是分子进化这一新颖领域在进化生物学的涌现。迄今为止,分子进化研究取得的成就已大大推进了进化生物学的前进,如在分子钟假说基础上以分子数据构建的系统树,极大地改善了昔日主要依靠难以猎取的零星化石资料批论的系统树,而且可以构建基因系统树(这是传统的进化生物学无法做到的);更有意义的是,对进化机制的探讨,进入到一个新的水平。随着进化生物学研究的深入,对一些基本问题如生物进化主要动力的争论,愈来愈激烈也愈来愈深刻了。     

非编码RNA研究概述

RNA是细胞以DNA为模板产生的转录产物,根据中心法则,早期一般将RNA整体地看作从DNA到功能蛋白质分子的中间信息专递分子.这些分子也是较早为生物学家所认知的mRNA,rRNA,tRNA等.其中mRNA直接作为翻译蛋白质的模板,而rRNA及tRNA等的功能则直接保证蛋白质翻译的进行.20世纪末及21世纪的研究逐渐让生物学家认识到细胞中还存在多种多样、对于中心法则遗传信息传递并非必需的非编码RNA分子.认识RNA分子的种类、功能、机理,及其与生理、遗传、进化等生命科学重要命题间的相互关系,是当代生物学的重要内容.本文对目前已知的非编码RNA种类、功能及机理,以及在生理、遗传、进化、生态中的作用进行概述.同时也简要介绍了非编码RNA相关的生物技术及生物医药应用.非编码RNA研究已经取得了巨大的进展,进一步的研究无疑将继续作为当代科学研究的重要领域存在,从而回答各种各样RNA在基因组功能中的作用这一问题.     

蛋白质超家族分子进化研究的一种新方法

选取丝氨酸蛋白酶超家族作为研究对象，采用ＳＳＡＰ算法从结构比较的层次上进行蛋白质超家庭分子进行化的研究，分子相同或相似物中酶和功能的演化，鼠类胰鼠白酶突变体结构的聚类关系以及不同抑制对牛β－胰蛋白酶天然结构的影响，探索了结构比较对于蛋白质工程中定点突变改造蛋白质结构与细胞以及蛋白质抑制剂设计等方面的指导作用，基于结构比较的方法是蛋白分子进化的一种新方法。     

灵长类和反刍动物生长激素受体的快速进化

在大部分哺乳动物的进化历程中, 垂体生长激素的进化非常缓慢, 各类群之间没有很大的差别, 但在灵长类和反刍动物的进化过程中却出现了明显的快速进化, 即所谓“插曲式”的进化模式. 我们获得了4种灵长类动物的生长激素受体的膜外区序列, 并结合已有的序列数据进行系统的进化分析, 结果表明, 哺乳动物生长激素受体也经历了一种类似垂体生长激素的所谓“插曲式”的进化模式. 考虑到垂体生长激素的生物学效应需要通过其受体的介导才能实现, 结合相关性分析的结果, 推测垂体生长激素受体的这种进化模式可能是与垂体生长激素发生了协同进化的结果.     

分子进化的速率问题

生物在其漫长的进化过程中,不仅从低级向高级进化,而且伴随着分子进化。生物界虽然千姿百态,但其基本构成都是蛋白质和核酸。经过研究,发现亲缘关系越近的生物,氨基酸差异数越小,反之则越大。这种蛋白质分子差异为揭示生物进化提供了有力的佐证。《分子进化的速率问题》一文或许对此感兴趣的读者有所裨益。     

非线性分子进化与蛋白质晶体构象

非线性分子进化与蛋白质晶体构象上海市肿瘤研究所研究员吕宝忠传统的进化研究着手于比较不同物种的形态异同以及参考稀少难觅的化石资料，这显然是力度不大的。分子进化研究以往主要是以蛋白质和ＤＮＡ（可能还有ＲＮＡ）的一级结构为依据进行的，分子钟（ｍｏｌｅｃｕｌ...     

异源精子质膜蛋白质在银鲫卵雌核发育初级控制中的作用

已有研究揭示,在银鲫卵受精孔区域可能存在识别两类不同来源精子(同源精子和异源精子)的特异性受体,换句话说,就是在两类精子的某一部位应存在被银鲫卵上初级控制特异性受体识别的位点。近年来,对脊椎动物的受精生物学研究发现,精子质膜上(特别是质膜表面)具有许多蛋白质受体,它们在受精过程中,对精子的激动、精子对卵子的吸附以及精卵间的相互识别等有着重要作用。据此,我们可以推测,精子识别银鲫卵初级控制受体的位点也可能存在于其质膜蛋白质中。为了能够证实这一假设,本实验采用胰蛋白酶处理异源(红鲤)精子,再与银鲫卵子受精,观察其受精生物学及胚胎发育状况的方法,分析异源精子质膜蛋白质在银鲫卵初级控制过程中的作用。     

定向进化:驾驭进化的力量

<正>在生命数十亿年的发展历程中,进化起到了至关重要的作用。进化是一种伟大的自然力量,因此科学家希望在实验室里模仿生命的进化方法,实现生物大分子(主要是蛋白质)的快速进化。这种掌控生物分子进化的方法,被称为"定向进化"。美国科学家弗朗西丝·阿诺德、乔治·史     

亲环蛋白的结构与功能

亲环蛋白是一族在生物体内普遍存在的，具有多种生物学活性的蛋白质。其作用涉及抑制Ｔ细胞活化信号的传导、肽基脯氨酸顺反异构酶活性、蛋白折叠、伴侣分子活性、人类免疫缺陷病毒以及光转导等。亲环蛋白对于器官移植中免疫抑制剂的作用机理和人类类固醇激素受体的活化调节都具有重要意义。然而，亲环蛋白在体内的生理功能及其多种生物学活性间的相互关系仍未十分明了。本文将着重从结构角度联系亲环蛋白的功能，对近来了解的亲环蛋     

氨基酸残基侧链对蛋白质能带结构的影响——晶体轨道法研究

蛋白质中能量和电荷迁移不仅在它的生物学功能中起着重要的作用,而且也展现了美好的应用前景(如有机半导体、有机超导体等等)。为了描述这种能量和电荷迁移,Szent-Gygyi在1941年提出了开拓性的思想,认为蛋白质分子和半导体一样,存在非局域的电子和空穴。到目前,为了确定蛋白质的能带结构和电子非局域化的可能途径已经进行了一些理论研究。这些结果说明蛋白质是良绝缘体而不是半导体。然而,上述研究采用的模型都是比较简     

走近诺贝尔奖(十八) 试管里的定向进化

正在生命数十亿年的漫长发展历程中,进化起到了至关重要的作用。能否在实验室里加快进化的速度?答案是肯定的。相关科学发现获得了2018年诺贝尔化学奖。进化是一种伟大的自然力量,科学家则希望在实验室里模仿生命的进化方法,实现生物大分子(主要是蛋白质)的快速进化。这种掌控生物分子进化的方法,被称为"定向进化",也有科学家戏称     

胰岛素的分子静电势计算

分子静电势是近年来发展得很快的一个量子生物学理论指数。对核酸的成功运用不仅说明了其科学价值而且激起了人们把它拓广到蛋白质分子研究的巨大兴趣。由于计算、表达和分析的复杂性,迄今对蛋白质的分子静电势研究得还很少。报道过的只     

基因的分子进化：原理与方法

Dobzansky说:“不从进化的观点看问题,生物学的一切将不可理解”。分子进化研究不仅是一种特定的学科方法,而且是一种可以广泛应用的科学理论。人类基因组计划的实施为分子进化研究赋予了重要使命,也提供了新的机遇。本文综述了分子进化的基本原理、方法和最新发现,包括同源性分析、进化速率估计、系统发育树、分子种和基因及基因家族起源等方面,并提出了展望。     

从中性学说到非线性分子进化

盛极一时的分子进化的中性学说,在对分子水平遗传多态性的解释以及近缘物种的亲缘关系分析上,迄今仍不失其重要作用,但对远缘物种关系的分析上往往难以自圆其说.结构分子生物学的发展,证实三维构象比一维序列数据更具进化上的保守性并可揭示分子进化的非线性和复杂性.基于上述特性,一些学者分别提出了比较远缘物种(包含了近缘物种)亲缘关系的算法.本文对这些算法作一些扼要的介绍,并对非线性分子进化的美好前景作—展望.     

关子Eigen进化方程的注记

Eigen认为在生命起源的化学进化阶段和生物学进化阶段之间有一个生物大分子的自组织阶段。他提出一组唯象方程来描述这个过程中分子的选择和进化:     

信息生物学的现状与展望

信息生物学的诞生，在很大程度上得益于国际DNA数据库的发展。本文将描述国际DNA数据库的现状及其对信息生物学的贡献。并以谷氨酸合成酶的分子进化为例，论述分子进化学与信息生物学的关系。我们认为信息生物学将与实验生物学相互作用、相互促进，从而对生物学的发展做出巨大贡献。     

苦味受体基因家族功能和演化研究的最新进展

苦味的识别作为一种防御机制, 能帮助动物避免摄入有毒物质, 它在动物的长期进化过程中起着至关重要的作用. 由于不同动物具有不同的生存环境和取食偏好, 使苦味识别能力在动物的长期进化中产生了分化. 苦味的识别源于苦味物质和苦味受体的结合, 所以对编码苦味受体基因的研究成为研究苦味识别的分子基础. 近年来, 随着体外功能实验体系的建立, 越来越多苦味受体的配体被发现. 另一方面, 随着许多脊椎动物基因组的测序完成, 人们对苦味受体基因家族的演化研究也取得了很大的进展. 对演化驱动力的研究, 能够使我们了解不同物种中苦味受体功能的变化趋势, 从而帮助我们发现更多的苦味配体. 本文主要介绍了苦味受体基因家族的功能及其在脊椎动物中演化的最新进展, 并对苦味受体基因家族今后的研究提出了展望.