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     

核糖体5S RNA结构中的进化位点

最早从分子水平研究进化和系统发育的是一些蛋白质分子,如血红蛋白和细胞色素C 等.近年来则广泛利用小分子核酸进行分子进化研究.5S rRNA 存在于所有生物中,是基因表达的直接产物,在功能上几乎没有物种的差别;随着核酸顺序分析方法的革命性突破,又由于     

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     

细胞因子与受体的协同进化及其推论的验证

细胞因子均通过结合并激活各自的胞膜受体而发挥其多重生物学作用。目前,人们对细胞因子-受体作用后的信号传导机制以及因子-受体相互作用所产生的生物学效应均有不少了解,但对进化过程中两者关系的认识仍处空白。分子进化学以往主要集中于对单—蛋白质的种间分子进化分析,而缺少对相关蛋白质分子进化的比较研究。贺福初和吴祖泽曾运用Dayhoff计算法比较分析细胞因子中多种造     

刺激-响应型蛋白质分子印迹材料的研究进展

蛋白质分子印迹技术在蛋白组学、生命科学、生物传感、药学研究及生物样品纯化等领域具有广泛的应用价值并备受关注.不过,由于其分子量较大,蛋白质分子印迹材料在应用中还存在蛋白质的传输扩散效率较低及吸附脱附较难等缺陷.而新出现的刺激-响应型蛋白质分子印迹材料可对外界刺激做出反应,并可进一步通过调控分子印迹材料与生物大分子之间的相互作用来实现目标蛋白质的高效快速捕获及释放,因此其具有重要的应用前景.本文综述了近20年来刺激-响应型蛋白质分子印迹材料的研究进展,并概述了其制备方法、聚合物单体种类、刺激-响应类型及机理,还进一步阐明了刺激-响应型蛋白质分子印迹技术的未来发展方向.     

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(     

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...     

分子水平的减速进化与绝对进化速率的计算方法

“分子进化钟假设”(Molecular evolutionary clock hypothesis)由Zuckerkandl与Pauling于1965年首次提出,并迅即成为Kimura建立的“分子进化中性理论(简称中性理论)的主要支柱,在进化学、考古学、分类学与分子生物学等领域已产生广泛影响.多年来,蛋白质进化速率的计算一直沿用Zuckerkandl与Pauling建立,并由Kimura改进的方法,其结果为蛋白质在两物种中进化速率的算术平均值(即相对进化速率).显然,当蛋白质在不同物种中进化速率存在较大差别时,相对进化速率不能反映其分子进化的真实情况,在此基础上所得的结论将难免有失偏颇.     

生物适应进化理论与我国的人口及环境问题

本文简要阐述了生物适应进化的分子机制及其生物多样性的进化原理，应用生物适应进化理论剖析了目前我国面临的人口与环境问题，并由此提出了相应的解决措施。     

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     

生物适应进化及其分子机制

本文以分子生物学成就为依据，从生命遗传的物质基础和生命存在的环境基础及其相互作用的关系进行论证，提出了生物适应进化学说以及生物适应进化的分子机制，这一理论指出生物对其环境的适应是进化的主要原因，而环境因素（负熵流）是生物进化的主要动力。自然选择和人工选择分别是对进化树的自然疏枝和人工修剪。     

进化树错了?

DNA也就是脱氧核糖核酸,它和核糖核酸(RNA)都是决定生物遗传的基本物质.1953年,科学家弄清楚了DNA的分子结构,分子进化论由此诞生.科学家相信,只要能继续破解DNA,就能很快揭开RNA等其他相关遗传物质的奥秘,当然也就能为进化树提供更多的证据.因为从理论上说,进化树上两个靠得越近的分支,它们的遗传物质也应该越相近.     

蛋白质二硫键异构酶既是酶又是分子伴侣

蛋白质和新生钛折叠的概念近十年来发生了重大的转变。新生肽成熟为功能蛋白需要分子伴侣和折叠酶的寿命才能完成。蛋白质二硫键异构酶是一种折叠酶,同时也有分子伴侣活性,该假说得到越来越多体内外实验的支持。分子伴侣活力可能是酶分子在进化过程中获得的新的性质,以提高酶催化效率,并在与蛋白质折叠有关的生命活动中发挥新的功能。     

血细胞生成素的分子进化与造血细胞发育的相关性研究

发育与进化是生物界两个基本的生命活动。早在19世纪70年代,Haeckel发现了著名的生物发生律,即在形态上个体发育重现种系发生。一个多世纪以后,人们对进化与发育的分子机制有了较深入的认识,但从分子水平上认识发育与进化的相互关系仍知之甚少。 在组织、器官中,造血系统的发育调控机制在分子水平上了解较为详细。本文试图通过分析6种血细胞生成素(hematopoietin)的分子进化,并与各自调控的细胞发育阶段作平行比较,探讨发育与进化在分子水平上的相互关系。     

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:     

基于分子印迹的蛋白质识别及应用研究进展

分子印迹是制备具有模拟抗体分子识别特性材料的技术,其制备方法简单、成本低、材料稳定性好,已广泛应用于固相萃取、色谱分离、模拟酶催化、生物化学传感器、药物递送等领域.分子印迹发展至今,小分子印迹技术发展迅速,而蛋白质分子印迹研究发展相对缓慢,这主要和蛋白质复杂的自然属性有关.虽然蛋白质分子印迹挑战巨大,但是在国内外科研工作者的不懈努力下,近年来蛋白质分子印迹已取得一定的研究进展,其中不乏一些成功的新型蛋白质印迹策略.这些性能优异、功能独特的新型蛋白质印迹材料,已成功应用于蛋白组学、疾病诊断/治疗、生物成像等领域,并表现出巨大的潜在应用价值.本文总结了近10年以来蛋白质分子印迹的新方法、新策略和潜在应用前景,分析了蛋白质分子印迹领域的发展现状及存在的挑战,并展望了该领域的机遇和前景.     

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。     

猪胰凝乳蛋白酶与胰蛋白酶的若干种复合物的晶体生长和初步的晶体学研究

胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶的晶体结构是研究得较早、较清楚的蛋白质结晶学成果之一。1970年Stroud等人解出了分辨率为2.7的牛胰蛋白酶的三维结构。1972年Birktoft等人发表了2分辨率的牛胰凝乳蛋白酶的结构数据。1974年Janin等人报道了猪胰蛋白酶的研究成果。这些成果对确定这两种酶的活性中心,探索它们的高效高选择性的催化机理以及关于蛋白质分子的进化等方面的研究起了巨大的推动作用。使人们从分子水平上了解了丝氨酸蛋白酶,为研究酶学理论及分子的进化提供了宝贵的资料。     

论中立说在进化论中的意义

石川统先生发表于日本《科学》杂志1988年10月号上的、关于木村资生《考察生物进化》(以下简称新著)的书评,无论如何不能认为公正地介绍了该书的内容,对中立说的解释也充满了误解。作为一名群体遗传学的研究人员,想谈谈自己的看法。石川先生的书评给人以贬低中立说的印象。该文声称:中立说所适用的是分子“无足轻重的部分”,充其量仅仅有助于“编写准确的生物年代记”。看来,这种见解如果不是由于对群体遗传学的基本观点以及分子进化对表现型进化所起的作用知识不足,就是为了使他所谓中立说无力解释表现型进化的评价显得合理而玩弄词句.他又说:“生物的表现型进化,倒不如看作以非     

哺乳动物视锥蛋白基因进化研究进展

视觉对于生物进化有重要意义, 生物可以调整它们的视觉系统以应付它们所处的特定的光环境. 认识和了解生物视觉系统感知的分子机制尤为重要, 视蛋白基因氨基酸序列(基因型)和色素吸收光谱值λ_max (表型)之间的关联使视蛋白基因成为研究视觉进化的一个很好的模式系统. 研究表明, 视蛋白基因以及视锥色素在哺乳动物进化中表现出显著的多样性, 视觉感知的分子机制远比人们以前所认知的更为复杂和扑朔迷离. 本文将评述近年来哺乳动物重要类群中视觉系统视蛋白基因进化研究进展, 为进一步深入研究哺乳动物视觉感知的分子机制提供基础资料.