蛋白质结构预测的生物信息学方法研究

生物信息学是一门数学、统计、计算机与生物交叉结合的新兴学科。随着人类基因组计划的完成与深入,应用生物信息学方法进行蛋白质结构的预测成为了后基因组时代的一项重要任务。本文重点介绍了生物信息学在蛋白质结构预测中的方法研究,简述了蛋白质结构预测的方法,介绍了蛋白质预测技术的新技术的应用与未来前景。     

人工酶与定向进化的前沿与挑战

 定向进化是在实验室环境中，在分子水平上模拟进化过程，得到具有期望特征的蛋白质的方法，目前已成为蛋白质设计改造的重要方法。定向进化不仅可以用于天然蛋白质的改造，也可以通过改造现有的酶，使其具有新的催化活性，从而构建人工酶。本文重点介绍工业生物催化、纳米酶设计和光催化3个方向的前沿成果，并讨论人工酶与定向进化领域存在的挑战和问题。     

酶及其在化学工业中的应用前景

酶是一种可以催化生物反应的特殊蛋白质,酶大部分来自于微生物。它可应用于食品、药物和化学工业中。随着遗传工程的发展,将可能获得许多具有各种特殊功能的酶,大量的酶必将在化学工业中得到广泛的应用。     

新型材料固定化氧化还原酶研究进展

氧化还原酶可催化许多关键反应,在生物制造中具有重要应用价值.本文关注新型材料在氧化还原酶固定化中的应用和研究进展,总结碳材料、导电高分子、金属-有机框架材料等以及复合材料固定化酶的研究现状,分析各种材料的介观结构、理化性能,及其在酶固定中的优势和缺点.探讨以提高材料生物相容性从而提升氧化还原酶稳定性和催化效率为导向的界面修饰调控策略.着重介绍导电材料固定化氧化还原酶,及其在生物转化、生物传感器、生物燃料电池等领域的应用.展望氧化还原酶固定化的发展趋势和所面临的挑战.     

蛋白质残基接触图预测

蛋白质是由多个氨基酸组成的长链,是生物体的必要组成成分,参与了生命活动的每一个进程。蛋白质结构决定了许多蛋白质的功能,准确预测蛋白质中氨基酸残基接触对于蛋白质结构预测具有重要意义,蛋白质残基接触问题已经成为当前生物信息领域的热点问题。该文首先给出了蛋白质残基接触图预测的相关背景知识及其重要意义;其次,总结了当前国内外研究的主流方法,包括基于局部相关性的方法、直接耦合分析法与其后处理的方法、以及基于有监督机器学习的方法,并对其中的代表性方法进行了阐述;结合国际蛋白质结构预测竞赛(Critical assessment of protein structure prediction,CASP)的结果对现有模型的性能做了对比和分析;在此基础上,探讨了残基接触图预测在蛋白质结构功能建模中的应用;最后,针对蛋白质接触图预测中存在的若干难点问题,给出了有望取得突破的若干研究方向。     

新型材料固定化氧化还原酶进展

氧化还原酶可催化许多关键反应,在生物制造中具有重要的应用价值。本文关注新型材料在氧化还原酶固定化中的应用和进展,总结碳材料、导电高分子、金属-有机框架材料等以及复合材料固定化酶的研究现状。分析各种材料的介观结构、理化性能,及其在酶固定中的优势和缺点。探讨以提高材料生物相容性从而提升氧化还原酶稳定性和催化效率为导向的界面修饰调控的策略。着重介绍导电材料固定化氧化还原酶,及其在生物转化、生物传感器、生物燃料电池等领域应用。并对氧化还原酶固定化的发展趋势和所面临的挑战进行展望。     

蛋白质及其水解物的分析应用

蛋白质是重要的生物高分子,具有催化、传输、运动、防御和调节等重要生理功能.本文介绍了蛋白质的功能特性、蛋白水解物的研究应用现状,展望蛋白质改性的应用前景.     

通过构建蛋白质结构域功能模版库做基于氨基酸序列的蛋白质功能位点预测(英文)

由蛋白质序列预测蛋白质功能位点对于理解蛋白质功能具有重大的意义,它同时也为生物学实验提供了重要依据.长期以来,基于知识库的方法一直是预测蛋白质功能位点的可靠方法.通过适当修改蛋白质结构分类库SCOP构建了一个附带功能注释的结构域模版库(fDPD),其中每个模版都包含一组序列和结构都非常相近的已知的蛋白质成员.fDPD通过隐马尔可夫模型方法HMMER由未知蛋白质的序列预测其功能位点.为了考察本方法的效果我们检测了两个通用的酶催化位点数据库,一个由约1 500个序列构成的钙离子结合蛋白数据库和从CASP9中提取出的数条蛋白质序列.我们的方法对于配体结合位点以及钙结合位点的预测取得了较高的精度和覆盖率,其催化位点的预测效果仅次于目前已知的最好的方法.我们的计算结果表明,结构上相似的蛋白质其功能位点倾向于出现在蛋白质表面上相似的位置.     

曲霉型糖化酶等电点的理论计算

该文介绍了一种根据蛋白质的氨基酸组成,应用计算机数据处理技术从理论上计算蛋白质、酶及多肽的等电点的新方法。和传统的生物化学研究方法相比,该法不仅简单、方便,而且结果可信度较高,除对已知其pI的蛋白质或酶的实测值印证外,还可预测蛋白质或酶的等电点。这在蛋白质化学、酶学等研究领域具有一定应用价值。文中计算了8种曲霉型糖化酶的pI,计算结果和文献报道基本吻合。     

现代绿色化学和新型科技革命

简明扼要地叙述和介绍了现代绿色化学发展概况与研究进展和新型科技革命与产业革命,包括它们的任务、特点,方法及当前应研究的几个重要中心问题。研究如何寻找除去剧毒有害的化学原料、采用超临界流体作化合成中的溶剂媒介、利用生物质作化学化工原料的替代品,开发仿生拟酶催化的绿色合成工艺工程,实现计算机辅助绿色化学化工设计等,成为目前绿色化学化工的重要课题。     

国外生物信息学发展动态分析

生物信息学是生命科学倡导的学科发展方向之一，生物信息学的发展涉及多个学科。生物信息学在基因发展、疾病基因诊断、蛋白质结构预测、基于结构的药物设计、药物合成和制药工业中起着极其重要的作用。生物信息的应用大大加快了药物的研究开发进程。国外生物信息学在网络数据库资源建设、软件开发、机构、人才培养、学会和会议、专著、期刊出版等方面均呈现出快速发展的态势。     

Kemp elimination catalysts by computational enzyme design

The design of new enzymes for reactions not catalysed by naturally occurring biocatalysts is a challenge for protein engineering and is a critical test of our understanding of enzyme catalysis. Here we describe the computational design of eight enzymes that use two different catalytic motifs to catalyse the Kemp elimination-a model reaction for proton transfer from carbon-with measured rate enhancements of up to 10(5) and multiple turnovers. Mutational analysis confirms that catalysis depends on the computationally designed active sites, and a high-resolution crystal structure suggests that the designs have close to atomic accuracy. Application of in vitro evolution to enhance the computational designs produced a >200-fold increase in k(cat)/K(m) (k(cat)/K(m) of 2,600 M(-1)s(-1) and k(cat)/k(uncat) of >10(6)). These results demonstrate the power of combining computational protein design with directed evolution for creating new enzymes, and we anticipate the creation of a wide range of useful new catalysts in the future.     

酶固定化载体材料的研究进展

酶的固定化是生物技术中最为活跃的研究领域之一。固定化酶能在较为温和的反应条件下高选择性、高效率地催化某些化学反应,并且不会对环境造成污染。作为固定化酶技术的重要组成部分,载体的结构及性能在很大程度上直接影响所得固定化酶的催化活性及操作稳定性。综合性能优良的载体材料的设计与制备是固定化酶技术领域的一个非常重要的研究内容。综述了近年来国内外有关固定化酶载体材料的研究现状和发展趋势。     

我国酶制剂工业发展状况及发展前景浅析

本文介绍了酶制剂目前发展状况及发展阶段,浅析了酶制剂在部分领域的重要作用和发展前景。酶制剂工业将引领21世纪生物技术的发展,引导化学工业绿色革命,提升和改造传统产业,降低能耗,治理环境,可持续发展将成为可能。     

微生物催化合成丙烯酸的研究进展

丙烯酸是一种重要的平台化合物,从它出发可以合成一系列市场广阔、附加值高的产品。传统的丙烯酸化学合成法以不可再生的化石资源为原料,并对环境造成严重污染。本文从可持续发展及环境保护的角度出发,综述丙烯酸的微生物合成途径以及合成关键酶等方面的研究进展,分析探讨不同生物合成途径的优劣之处,并展望利用微生物高产丙烯酸存在的瓶颈以及有潜力的发展方向。     

生物催化绿色制造精细化学品进展与实例

生物催化是精细化工增效减排的重要手段.基因组数据库和DNA合成技术的发展降低了生物催化酶的开发成本,使得近年来生物催化应用大大提速.以中科院上海生命科学院参与的相关项目为主,综述了国内近十多年来的生物催化在精细化工领域的应用实例,并讨论了生物催化面临的机遇与挑战.     

Computational redesign of endonuclease DNA binding and cleavage specificity

The reprogramming of DNA-binding specificity is an important challenge for computational protein design that tests current understanding of protein-DNA recognition, and has considerable practical relevance for biotechnology and medicine. Here we describe the computational redesign of the cleavage specificity of the intron-encoded homing endonuclease I-MsoI using a physically realistic atomic-level forcefield. Using an in silico screen, we identified single base-pair substitutions predicted to disrupt binding by the wild-type enzyme, and then optimized the identities and conformations of clusters of amino acids around each of these unfavourable substitutions using Monte Carlo sampling. A redesigned enzyme that was predicted to display altered target site specificity, while maintaining wild-type binding affinity, was experimentally characterized. The redesigned enzyme binds and cleaves the redesigned recognition site approximately 10,000 times more effectively than does the wild-type enzyme, with a level of target discrimination comparable to the original endonuclease. Determination of the structure of the redesigned nuclease-recognition site complex by X-ray crystallography confirms the accuracy of the computationally predicted interface. These results suggest that computational protein design methods can have an important role in the creation of novel highly specific endonucleases for gene therapy and other applications.     

“临港化工”背景下化工应用型人才培养模式研究

社会经济的发展要求地方高校的专业设置与发展必须以地方经济社会发展对人才的需求为依据。化学工程与工艺专业涉及的工业领域包括石油化工、煤化工、高分子化工等,在国民经济中具有及其重要的地位。随着石化工业的迅猛发展,应用型化工技术人才缺口十分巨大。"临港化工"是目前以及今后我国石化工业发展的重要方向,因此,研究"临港化工"背景下化工专业应用型人才培养模式和培养方式,提高化工应用型人才的培养质量,具有十分重要的意义。     

往复式活塞隔膜泵动力端结构优化设计

随着我国经济持续增长,国内的矿山、有色、化工等领域不断发展壮大,其中用于矿浆输送、氧化铝溶出、化工反应炉喂料等方面的往复式活塞隔膜泵也得到了大量应用,但是在工业运行中设备动力端也出现了多次大的机械故障,由于隔膜泵是各个工艺系统中的心脏设备,造成的损失和危害很大。为解决这一问题,文章提出了一种新型结构的动力端设计方案,来进行动力端结构优化设计和探索。     

工业酶领域国际专利态势分析

以德温特数据库（DerwentInnovationsIndex）收录的专利申请数据为基础,利用分析工具TDA,概述了2004—2013年工业酶领域的国际专利申请与研发情况,并就污染严重的传统工业中重要工艺应用的工业酶专利申请情况展开具体分析。还利用ThomsonInnovation平台的专利地图对工业酶领域的重要企业诺维信和杰能科的技术分布进行重点分析。最后结合专利分析结果对中国工业酶产业发展提出建议。