纳米尺度金属超分子配合物对DNA的特殊识别与功能调控新进展

配体通过靶向特殊基因,进而调节该基因所参与的生物学功能一直是生物无机化学领域十分活跃的研究课题.当前,金属配合物对DNA的结构识别以及功能调控引起了人们的高度重视,越来越多的研究表明,金属配合物能够有效地识别DNA的二级结构并影响其生物学功能.最近研究发现,一些具有纳米尺度的金属超分子配合物能够特异性识别DNA并表现出特殊的生物学效应.本文总结了纳米尺度金属超分子配合物对不同DNA二级结构的选择性识别及调控等方面的研究进展.     

植物NIP水通道蛋白的结构、功能和调控研究进展

类NOD26膜内在蛋白(nodulin 26-like intrinsic proteins, NIPs)又名根瘤素26-like内在蛋白、类根瘤菌26膜内在蛋白、类Nodulin26内在蛋白,是水通道蛋白(aquaporin protein, AQP)家族的亚家族之一. NIP由AqpN基因进化而来,广泛存在于植物体中,其对底物选择具有特异性,根据选择性过滤器(aromatic/arginine, ar/R区)的不同分为3个亚族. NIPs参与水分、尿素、甘油、硼、砷、硅等物质的吸收和转运,在维持植物生长过程中的水分平衡和渗透压及抵御逆境胁迫等方面发挥重要作用.近年来,有关NIPs对植物生长发育和逆境调控功能的研究越来越多.本文系统阐述了植物NIP家族的起源与进化、结构与分类、生物学功能及调控机制,并对目前NIP研究中存在的问题和未来的研究方向进行了讨论,为深入探究NIP家族在不同植物中的作用模式和遗传改良应用提供参考资料.     

PDE4与cAMP信号区域化

第二信使cAMP在细胞信号转导中起着重要作用. 但为什么相同的cAMP信号可以诱导不同的生理反应. 20年前, cAMP信号区域化的提出, 似乎解答了这一疑惑. cAMP区域化使得空间上不同的蛋白激酶A (PKA)池能够被不同地活化. 同时也使得人们对cAMP通路复杂性和重要性有了新的认识, 使其再度成为生命科学的研究热点. cAMP/PKA信号转导区域化是由蛋白激酶A激酶锚定蛋白(AKAPs)和磷酸二酯酶(PDEs)来维持的, 前者可以结合PKA和其他的信号转导蛋白; 后者可以水解cAMP, 终止PKA活性. PDE4是PDEs同工酶超家族的成员之一, 不仅参与区域化的cAMP信号通路的调控, 而且还在整合与其他主要信号转导通路的反应网络中起重要作用. 本文对PDE4的分类、基因表达与调控、作用的系统与区域进行了回顾, 重点对PDE4作用的具体分子与机理以及PDE4发挥功能的调控方式进行了总结, 并结合本室的研究对PDE4在大鼠颗粒细胞成熟及cAMP信号区域化中的作用进行了综述.     

一种新的D1201紫膜蛋白的初步表征

自从70年代初Stoeckenius等人发现紫膜细菌视紫红质(BR)以来,对BR结构、功能及其在分子电子学中的应用已成为生物膜研究中的热点.尽管自80年代后期以来,基因工程在分子生物学中的应用极大地推动了我们对BR质子泵功能的认识.但到目前为止,BR详细的质子泵机理仍是争论的焦点.生物物理所与微生物所合作,从青海省大柴旦盐湖底泥中分离并纯化一种新的嗜盐菌菌株D1201,这一菌株能在光照下形成紫膜,与通常紫膜不同的是,明适应最大吸收值为550nm而不是568nm.对其结构与功能的研究具有重要的生物学意义,同时也有助于我们对BR结构与功能进一步的了解.     

甲烷氧化菌素研究进展

甲烷氧化菌素(methanobactin, Mbn)最早发现于甲烷氧化菌,是一类由核糖体合成的翻译后修饰肽,其特征是特定的半胱氨酸残基被修饰成恶唑酮-硫代酰胺基团. Mbn对铜离子具有高度亲和性,在甲烷氧化菌的铜稳态生理调控中发挥了重要的作用.近年,在其他种属的细菌中也发现了Mbn操纵子的存在,并根据系统发育分析将其分为五大类(groupsⅠ–Ⅴ).目前已经分离鉴定的Mbn既有结构的保守性,也有序列的特异性.除了铜螯合特性, Mbn还被证明具有氧化酶活性、解汞毒能力以及抑菌作用等,尤其在治疗铜代谢相关疾病、细菌感染性疾病等方面具有潜在的开发价值.本文对Mbn的种类、结构、生物合成机制和生物学功能等方面的研究成果进行综述,并展望其应用前景,旨在为Mbn的开发应用提供理论指导和科学支撑.     

荚膜红假单孢菌两个膜结合态氢酶的分离和特性研究

自1974年Chen和Mortenson从巴氏梭菌(C.pasteurianum)首次分离获得氢酶以来,由于氢酶在生物固氮、光合放氢和氢代谢中的特异功能,对它的结构和功能的研究引起了人们的极大兴趣,成为当前很活跃的研究领域。到目前为止,已经从10多个不同细菌中获得均一状态氢酶,但对氢酶可能存在的不同类型,却很少有报道。我们在分离纯化荚膜红假单孢菌Rhodopseudomonas capsulata膜结合态氢酶中,观察到它存在有两个不同类型,进而对它们的有关性质进行了研究。     

我国趋磁细菌的分布及其磁小体的研究

1975年,美国生物学家Blakemore首次发现趋磁细菌(Magnetotactic bacterium).随后一些学者不断从各地的淡水池塘、河流、海洋沉积物表层及潮湿的草原土壤中分离到各种形态的趋磁菌(球形、杆形、弧形、螺旋形).在北半球分离到的趋磁菌会伺地理北极(即地磁南极S)游动;在南半球趋磁菌则趋向地理南极(即地磁北极N)泳动;在赤道附近则既有趋向S极,也有趋向N极的.趋磁菌为微好氧菌,革兰氏染色阴性(Gˉ),生有端生或丛生鞭毛,其对磁场的反应敏感是由于体内含有排成链状或散列的磁小体(magnetosomes).这些磁小体具有重要的应用价值.近年来,美、英、德、日本等国的学者竞相开展研究,1991年日本的Matsunaga等人又分离出好氧生长的趋磁细菌.目前在我国趋磁细菌的研究很少,国内外更无黄土趋磁细菌的报道.本文就我国淡水湖泊及西安段家坡黄土等土壤中趋磁菌的分布、生物学及培养特征、磁小体的特性作一报道。     

淫羊藿甙对阴茎海绵体的松弛效应及其作用机制

阴茎海绵体平滑肌NO-cGMP通路在勃起过程中起重要的调控作用. NO激活鸟苷酸环化酶而合成cGMP, 磷酸二酯酶Ⅴ型(PDE5)对cGMP的特异性水解作用使其灭活来参与调节阴茎勃起. 淫羊藿甙是从天然淫羊藿中分离出来的单体, 对家兔阴茎海绵体平滑肌具有较强的松弛作用(EC50 = 4×10-4 mol/L), 其作用机制与抑制PDE5的活性而增强NO-cGMP通路活性有关.     

代谢网络进化过程中拓扑结构与功能之间的关联

代谢网络进化过程中酶的拓扑连接与它们的功能之间具有怎样的关联呢? 这种关联在亲缘关系较近的物种间是否具有一定的相似性呢? 以叶绿体和其内共生祖先蓝藻(Synechococcus sp. WH8102, syw)的代谢网络为对象, 以大肠杆菌、拟南芥和红藻的代谢网络作为对照,研究酶的连接度与其功能之间的关联. 结果表明, 各个物种中不同代谢通路和性质分类(EC)的酶都具有不同的平均连接度, 但是同一代谢通路或性质分类的酶在叶绿体和蓝藻syw中显示非常相似的连接度. 另外, 叶绿体与蓝藻syw之间的保守模块, 如氨基酸代谢等, 具有明显更高的平均连接度. 而且, 叶绿体和蓝藻中的同工酶都比其他酶具有更高的连接度, 对应基础类代谢通路, 并存于二者之间的保守模块中. 因此, 尽管内共生过程中叶绿体代谢组发生了较大的重组, 但是网络拓扑结构与功能间的关联仍然与其祖先细菌蓝藻非常相似, 说明这种关联可能用于衡量进化过程中物种间亲缘关系远近的程度.     

细菌微室

长期以来,人们认为细菌的细胞没有细胞器,但是最近20年细菌微室的研究颠覆了这一传统观点.微室是细菌的细胞器,由壳蛋白和酶蛋白通过自组织形成.细菌微室与病毒在外观上很像,为100～200 nm的多面体.细菌微室的系统性研究源于沙门氏菌1,2-丙二醇分解代谢途径的研究.该途径相关基因形成pdu操纵子, pdu操纵子中除了酶蛋白外还有一些结构基因编码微室壳蛋白.细菌微室的生理功能是由蛋白质壳形成一个防止分子扩散的屏障,将内部环境与细胞质进行物理隔离,使得含有易挥发或有毒化合物的代谢反应容易进行.细菌微室在细菌中广泛分布,种类繁多,目前已经在分布于45个门的细菌中发现68种微室基因簇.细菌微室的生理功能具有高度多样性,在二氧化碳固定和多种化合物分解代谢中具有重要生理功能.本文主要就细菌微室的结构、生理功能、主要类别以及细菌微室在生物工程领域的应用前景等进行介绍.     

链间连接肽对单链双特异性抗体生物学活性的影响

单链双特异性抗体(scBsAb)是具有良好临床应用前景的基因工程抗体, 但不同的链间连接肽(interlinker)对其生物学活性的影响尚有待深入研究. 设计并合成3种不同的链间连接肽序列, 分别命名为Fc, HSA和205C′, 并构建成单链双特异性抗体通用表达载体, 以抗人CD3改形单链抗体(scFv)和抗人卵巢癌单链抗体为基础, 构建成单链双特异性抗体. SDS-PAGE及Western blot结果表明, 3种不同的链间连接肽对抗体的表达量无明显影响. 在此基础上, 进行ELISA及血液药代动力学测定, 发现不同链间连接肽的单链双特异性抗体与相应抗原的结合活性及其在小鼠体内的清除相T_1/2存在一定差异, 链间连接肽HSA可以显著延长抗体在体内的滞留时间. 上述研究结果提示, 链间连接肽序列将会影响单链双特异性抗体的抗原结合活性及其在体内的稳定性等重要的生物学特性. 因此, 筛选理想的链间连接肽序列对于构建单链双特异性抗体具有重要意义. 合适的链间连接肽可以赋予单链双特异性抗体更适于临床应用需求的生物学活性.     

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。     

植物反转录转座子功能研究进展

反转录转座子(retrotransposon),是一类以RNA为中介,在反转录酶的参与下,进行自我复制并整合到基因组其他位点中的转座元件(transposableelements,TEs).反转录转座子是许多真核生物基因组的主要组成部分,在高等植物如玉米、小麦等作物中含量丰富.这些反转座子的功能及生物学意义一直以来都存在争议,但越来越多研究表明,它们对于邻近基因的表达调控以及整个生物体基因组的进化有着深远的影响.本文主要从反转座子与非编码RNA的联系及其转座过程所产生的基因结构变异、反转座基因等方面,概述了植物中反转座子功能的相关研究进展.     

细菌种群迁移的时空动力学

集群迁移是生物应对环境变化展现出的高度有序的集群行为.细菌的种群迁移涉及细胞个体的运动、细胞异质性、空间自组织机制等问题,是定量生物学研究领域重点的研究方向.近年来,研究人员利用数理模型、计算模拟的研究方法结合定量生物学实验研究细菌种群迁移的时空动力学过程,重点关注了集群协调个体行为的空间自组织策略、集群的代谢和生长周期性振荡、集群迁移速度和空间定植的定量关系等问题.本文对细菌种群迁移的研究进展进行概述,介绍细菌个体水平的随机运动和趋化运动,细菌种群趋化迁移和群集运动的模式,探讨细菌种群迁移的时空动力学的研究工作和定量合成生物学在细菌种群迁移研究的应用,并对该领域未来的研究方向和技术手段进行展望.     

纳米酶在抗生素检测中的应用进展

近年来,抗生素作为一种基础治疗药物已经被广泛应用于医学、畜牧业和水产养殖业中,但是由于其过度使用导致的抗生素残留也对生态环境以及人类健康构成了严重威胁.抗生素残留会持续通过生态与生物累积危害人与动物健康,因此对环境样本抗生素残留进行有效监测具有十分重要的意义.纳米酶是一类具有类酶催化活性的功能纳米材料,是新一代人工酶,具有高稳定性、独特的化学性质、易于表面调节和生物相容性等诸多优点,解决了天然酶制备困难、成本高、易失活等问题.本文综述了近年来基于纳米酶的抗生素传感策略的最新研究进展,着重阐述了不同种类纳米酶的作用机制和在抗生素检测方面的研究现状,并对纳米酶传感器的发展前景作了进一步的展望,可为设计高性能基于纳米酶的抗生素传感装置提供理论依据和实际应用的范例,从而为利用纳米酶设计新型传感器提供新思路.     

淫羊藿甙对阴茎海绵体的松弛效应及其作用机制

阴茎海绵体平滑肌NO-cGMP通路在勃起过程中起重要的调控作用.NO激活鸟苷酸环化酶而合成cGMP,磷酸二酯酶Ⅴ型(PDE5)对cGMP的特异性水解作用使其灭活来参与调节阴茎勃起.淫羊藿甙是从天然淫羊藿中分离出来的单体,对家兔阴茎海绵体平滑肌具有较强的松弛作用(EC ₅₀ = 4×10^-4 mol/L),其作用机制与抑制PDE5的活性而增强NO-cGMP通路活性有关.     

具有催化萘普生乙酯水解能力的多克隆抗体

80年代化学和免疫学领域中的一项重大发现——催化抗体(抗体酶),把抗体的极其多样性与酶的巨大催化能力等特性结合在一起,为传统的化学和免疫学研究开辟了一个崭新的方向.利用经过特殊设计并合成的有机分子作为半抗原,联接载体蛋白后免疫动物并经细胞杂交技术,从筛选和分离的单克隆抗体中,成功地获得具有催化功能的抗体.至今已有50多个反应能用催化抗体来催化,对某些反应(如Diels-Alder反应),自然界不存在能催化它们的酶,也能用抗体来催化进行.因此,设计具有特异性的催化抗体,在化学、生物学、医学等领域无疑将显示巨大的应用潜力.茶普生(1)是一种非常重要的非甾体消炎镇痛药,其S构型的药效为R构型的38倍,研究用抗体催化水解萘普生乙酯(2)来拆分获得S构型的萘普生,具有重要的理论意义和潜在的应用价值.本文简要报道具有催化萘普生乙酯水解能力的多克隆抗体的研究.     

细胞外囊泡及其在疾病诊疗中的应用

细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是细胞分泌的一种脂质囊泡,尺寸介于30～5000 nm.通过不同的发生机理, EVs可以形成微囊泡体(microvesicles)、凋亡小体(apoptotic bodies)和外泌体(exosomes)等.它们通过携带母细胞的不同脂质、蛋白质和核酸等活性成分来靶向附近或远端细胞,在细胞的信息交流及生理病理过程中均具有重要作用. EVs在生物体系内广泛存在,其生物学功能也越来越多地被认识,或许正在成为一个"细胞外囊泡生物学"领域.对EVs性质的认识也促进了相关应用研究,涉及疾病诊断、治疗和药物运送等.本文重点阐述了EVs的生物起源、生物组成、生物学特性、生物学功能、制备和表征手段,并针对EVs在疾病诊疗中的应用所面临的问题开展讨论.可以预期,对EVs形成和调控机理的深入认识,一方面有助于我们更好地理解EVs的生物学功能、异质性和功能多样性;另一方面有可能基于这些知识来解决EVs开发应用中的瓶颈问题.     

细菌的"活的非可培养状态"

细菌的活的非可培养状态 (VNC)是细菌在不良环境下的一种特殊存在形式 .本文介绍了细菌VNC状态细胞的生物学特性、检测方法及其复苏的研究概况 ,并探讨了细菌进入VNC状态的可能的机制 ,最后对研究细菌VNC状态的理论及实际意义进行了讨论 .     

tsRNAs及其对植物响应非生物胁迫时基因表达的调控

转运RNA(tRNA)衍生的小RNA(tRNA-derived small RNAs, tsRNAs)是一类新兴的保守非编码RNA,通常由在胁迫条件下发生的核酸内切酶切割t RNA前体或成熟t RNA而产生. tsRNAs主要有两种类型,即tRNA衍生的胁迫诱导RNA(tRNA-derived stress-induced RNAs, tiRNAs,也称为tRNA半分子(tRNA halves, tRHs))和t RNA衍生的片段(tRNA-derived fragments, tRFs),两者在成熟t RNA或tRNA前体的切割位点不同. tsRNAs在原核生物和真核生物中都广泛存在,呈现时空特异性表达模式以发挥其功能,它们的失调会引发内稳态失衡(homeostatic imbalance).越来越多的证据表明, tsRNAs主要通过调控基因表达的转录、转录后和翻译水平在各种生物学过程中发挥重要作用.因此,研究tsRNAs的生物学功能及其作用分子机制已成为小分子非编码RNA领域的一个新研究热点.本文主要综述了tsRNAs的分类、生物发生、特征和生物学功能方面的进展,重点介绍了tsRN...