蛋白质工程的新策略——酶的体外定向进化

酶的体外定向进化是蛋白持工程的新策略,不需事先了解酶的空间结构和催化机制。而是通过模拟自然进化机制,以改进的诱变技术结合确定进化方向的选择方法,在体外改造酶基因,定向选择有价值的非天然酶,短期内可以在试管中完成自然界需要几百万年的进化过程,因此可能是发现新型酶和新的生理生化反应的重要途径。     

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。     

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。     

绿豆线粒体的氧化磷酸化的偶联因子

在动物和微生物的线粒体中已经证明ATP酶复合体是生物转能的关键装置,它的“头-柄-基部”三联体结构的三个部分的结构、亚基组成和功能,以及它们之间的相互关系已有许多报道。它的头部,即可溶性偶联因子F_1已从ATP酶复合体拆离下来,进行了纯化,得到了结晶,并进行了偶联因子F_1亚基的拆离和重组。然而,在高等植物中,迄今只有Grubmeyer和Spencer曾对豌豆线粒体的ATP酶和偶联因子F_1作过分离和初步提纯。但是,植物线粒     

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     

固氮蓝藻与棕色固氮菌 固氮酶组分的互补功能

迄今为止,发现各种固氮生物的固氮酶均由两种不同的蛋白组分构成。这两种蛋白单独存在无活性,重组时则有活性。不同来源的固氮酶在性质上有许多相似之处,因此,观察不同生理类型和进化程度的生物固氮酶组分之间能否交叉互补。对于固氮酶结构、功能及进化的研究,是很有意义的。过去有些研究人员曾报道过这方面的工作。但所用材料多数是细菌,用蓝藻的不多,而蓝藻无论在生理特点上还是在进化上都是最有代表性的固氮生物。     

同工酶电泳资料评估与应用

酶的电泳技术能对等位基因的变异进行分析,通过对酶谱型进行特定的遗传分析可获取基因水平的信息.酶电泳技术和DNA分析能提供相互补充的证据资料,从而使以度量性状的数量遗传分析技术为基础的传统研究,能依靠等位基因变异的研究来补充.应用科学的方法分析和处理电泳资料,正确评估酶电泳资料的价值,能解决分类、系统与进化生物学问题,为生命信息组学研究提供有价值的科学依据.     

微生物降解对苯二甲酸的动力学研究

对苯二甲酸(TPA)是聚酯纤维涤纶的主要原料,又是塑料增塑剂的主要原料。随着TPA生产量的增加,进入环境的TPA相应增加。实验证明,TPA可以被某些微生物降解。本文以一株假单胞菌为试验菌,对TPA降解的动力学进行了研究。实验结果证明,TPA的微生物降解为酶催化反应,反应速度符合Michaelis-Menten公式。我们测定了最适温度,最佳pH以及不同温度不同浓度的降解速度。求出了假平衡常数Km以及各种温度的最大反应速度。     

钙调素在文昌鱼神经系统中的分布

钙调素(calmodulin,简称CaM)是一种进化上十分保守的小分子酸性钙结合蛋白,广泛分布于各类真核细胞中,参与细胞内多种酶和生理过程的调节。近来采用免疫组织化学技术和放射免疫分析技术等研究证明。哺乳动物神经系统含有丰富的CaM及CaM结合蛋白。CaM对神经功能的调节作用日益受到人们的重视。文昌鱼在进化地位上具有重要意     

果蝇中的转座子——P因子

P因子是在黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)中发现的一种转座子,至今已有9年左右的研究历史。转座子对基因突变和表达调控具有重要的作用,而P因子又有可能成为高等真核生物基因工程的一种安全而有效的基因载体。所以该领域引起了研究者广泛兴趣,并作了深入的研究。本文试就P因子的概念、结构、行为、起源、进化和作为真核基因载体的应用作一简述。     

从低等单细胞真核生物的核骨架看核骨架的起源进化

从起源进化的角度综合分析了国内外有关几类低等单细胞真核生物核骨架的研究资料，认为核骨架结构的起源发生在真核起源的早期，具它的形成可能是原核进化真核的前提条件之一。     

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(     

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.     

几类低等生物的核纤层与核纤层的起源进化研究

综合分析了本实验室多年来在几类具有重要进化地位的低等单位真核生物上进行的核纤层结构与成分的研究结果,并结合发育生物学等方面的资料,认为核纤层结构在真核细胞起源进化的初期即已起源形成,它的起源形成是“原核”进化成“真核”的重要前提条件之一;核纤层蛋白的起源分化过程应该是：首先起源产生Ｂ型蛋白,在此基础上分化出Ａ型蛋白,最后形成了现存高等真核细胞的核纤层蛋白家族。     

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.     

从线粒体和叶绿体基因组的结构看生物基因组的进化

通过分析各类真核生物线粒体和叶绿体基因组的大小与结构,得出这两种细胞器基因组都有小基因组与大基因组两种形式以及与之对应的结构特点,从而都是通过两种进化途径从它们各自祖先的基因组发展成为现代的线粒体和叶绿体基因组的结论。比较细胞器基因组与核（类核）基因组的存在和性质,发现类似的两种途径同样可以说明核（类核）基因组的进化。结合这三种基因组的起源问题,提出了一个生物基因组起源和进化的统一模式。     

面向无人移动平台的自主进化学习研究进展与展望

无人移动平台是改变未来人类生产生活方式和战争形态的新质科技力量,其核心在于利用人工智能技术提升无人移动平台的自主化和智能化水平.然而,现阶段的人工智能模型参数、结构、推理链等核心要素固化,当无人移动平台面对复杂多变的对象、环境、任务以及资源受限的硬件平台,泛化和外推能力严重受限,无法满足实际应用需求.为了攻克这一技术难题,受生命智能体进化机制启发,本文提出了面向无人移动平台的自主进化学习方法,并根据进化模式的不同,将智能模型的自主进化过程划分为即时性进化、长时性进化和推理链进化3个层次;详细讨论了每个层次智能模型进化方法的技术路线和优缺点;最后,对智能模型自主进化技术在无人移动平台上的应用进行了展望与分析,并指出了现阶段自主进化学习方法存在的问题以及未来的研究方向.     

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。     

科学信息

Nature,1988年11月3日球状星团——计算机规则系统已经用于模拟球状星团——一种由上千万星体组成的浓密的星团系统,——的动态演化。本期一文综述了这方面的进展并对下一步的工作作了展望。眼晶状体蛋白——鱿鱼眼球晶状体多肽与酶在DNA顺序方面的相似性支持了这种假设:即在眼球进化期间,原有的蛋白质补充为晶状体结构成份。     

古老DNA和角龙的进化

生物学家们研究物种问的相互关系以及它们的进化过程,往往根据现在物种的基因。这是因为一来它们取之方便,二来结构稳定、完整,测序容易。根据人和非洲大猩猩的DNA分析,科学家推断400万年前非洲古猿如何进化成人类。但仅仅是推测而已,因为动植物的古老化石中很少留下残存的DNA。