生物大分子的分析方法--2002年诺贝尔化学奖简介

20 0 2年诺贝尔化学奖授予了三位在生物大分子研究领域里作出突出贡献的科学家 ,以表彰他们开创了应用化学分析法对于生物大分子进行分析的方法 .本文对质量分析法和核磁共振法的发展以及三位科学家应用两种方法在生物大分子研究领域所做的开创性贡献作简要介绍 .     

生物大分子的分析和测量方法

2002年10月9日,瑞典皇家科学院将2002年度的诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰·芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家库尔特·维特里希。 约翰·芬恩和田中耕一是因为“发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法”和“发明了对生物大分子的质谱分析法”而获奖的。库尔特·维特里希是因为“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获奖的。     

具有两个常数的大分子多级平衡理论

在生物体系中中等的结合作用是大量存在的,目前还缺乏一个严格的统一的处理方法来讨论大分子中的多级平衡问题,为此,我们把这种缔合作用分为两类:一类是属于全同的独立结合作用;一类属于相关的结合作用。在相关结合作用中又可分为两种情况:一是当第一个小分子A与大分子P结合后     

超大单胞体系电子结构计算的负因子计数方法——定理及数值方法

一、引言 大分子的量子化学计算一直是一个很困难的问题。目前,无序体系(如非晶态材料、生物大分子)及超晶格体系引起了人们的极大兴趣。但是,由于这种复杂体系涉及到高阶的Hamilton矩阵(约1000×1000),因而使量子化学计算变得困难。对于一维无序长链体系,近年来发展的负因子计数(NFC)方法是一种非常有效的手段。为了给这种方法一个坚实的数学基础,我们在厄米矩阵的形式下严格地论证了负本征值定理,并在此基础上提出了求解超晶格紧束缚模型的数值方法。     

NH_3HF中NH_3与HF静电相互作用的累进势诱导原子多极矩方法的研究

静电相互作用是分子间相互作用的基本组成部分,尤其对于氢键和电子转移复合物的形成以及生物大分子和药物分子的性质起着相当重要的作用。在计算静电能的各种方法中,势诱导电荷方法(简称PDAC)被认为是较为成功的一种,正受到日益广泛的重视.     

胰岛素B4(Gln)两种可能构象的计算判别

当前用于确定生物大分子结构的基本的可靠的方法是X射线晶体衍射,但它并不能肯定大分子的全部结构。例如对胰岛素B链的第4个残基谷氨酰胺和第22个残基精氨酸国外报道都有取两种构象的可能。我国X射线晶体衍射的结果认为B22确有这种可能性,而B4的第二种构象的电子密度很可能代表水分子。我们采用Levitt的经验势对此问题进行了探讨。     

有机试剂对胰岛素晶体生长的影响

当前,用X射线单晶衍射方法研究生物大分子三维结构的重大难题之一是获得生物大分子晶体。生物大分子晶体生长的要害是寻找出可用于X射线衍射分析用的单晶体的最佳生长条件。在晶体生长条件的摸索中,选择有机试剂的种类和浓度一直是人们所关注的问题。 为了考查有机试剂对蛋白质晶体生长的影响,我们选择了不带电荷、对晶体生长体系     

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     

溶菌酶内水的恒温非平衡冻结行为

自60年代起,多种研究表明,每种生物大分子内都有一恒定量的不冻水。例如,多种方法测定溶菌酶的不冻水量R_(nf)为0.33±0.03g(水)/g(蛋白)。通常认为这部分水以氢键结合于大分子,维系着其结构和生物功能。故R_(nf)广泛用作刻画大分子同水相互作用的重要特征参量,并依此提出有关大分子水合的较系统的假说和分子模型。近来我们对多种生物大     

亲和素在脂单层膜上的二维晶体研究

生物大分子的二维晶体可以利用电子晶体学的方法进行结构分析.利用脂单层膜对蛋白进行二维结晶是一种比较新颖的方法.这一方法最早是由美国斯坦福大学Kornberg教授领导的实验室开创的.亲和素是一种从鸡蛋清中提取的糖蛋白.它和链霉亲和素在生物活性上有着惊人的相似性.两者都由4个等同亚基组成.每个亚基上有1个与生物素分子结合     

分子动力学模拟在有机污染物毒性作用机制中的应用

分子动力学模拟(molecular dynamics simulations,MD)是一种基于经典牛顿力学方程的分子模拟方法,常用于研究有机化合物、材料及生物大分子体系,可计算各类体系的宏观性质及各种动力学性质.目前MD模拟逐渐用于研究各类环境污染物与生物大分子的相互作用.通过热力学统计分析污染物与生物大分子的结合模式以及配体结合引起的生物大分子构象变化,能在分子水平上探究污染物的毒性作用机理.基于MD模拟的轨迹文件,采用自由能打分方法可评估污染物与各类受体的结合能力,能够筛选具有特定毒性终点的潜在污染物,从而快速、高通量地进行有机污染物的毒性预测和风险评价.本文介绍了MD模拟的基本原理、常用软件,简述了MD模拟的数据准备和模拟过程,强调了MD模拟的重要细节,进而从污染物与受体生物分子作用角度,重点陈述了MD模拟在研究有机污染物与各类转运蛋白、核受体、代谢酶相互作用中的应用,展望了MD模拟在污染物毒性筛选方面的潜在应用,以期该类方法能更好地服务于污染物的毒性风险评估.     

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     

2002年度诺贝尔化学评介蛋白质三维空间结构研究的里程碑

2002年度的诺贝尔化学奖授予了芬恩(John B.Fenn)、田中耕一(Koichi Tanaka)和维特里希(KurtWtithrich)三位科学家,因为他们把化学研究中的仪器分析方法应用到了生物大分子的研究中,从而能更快、更可靠地确定生物大分子的组成和空间结构,在生物大分子的研究中建立了具有革命性的分析方法.     

梯度磁场在生物大分子研究中的应用

磁场作为一种物理环境,广泛应用于各行各业.随着磁体技术的飞速发展,磁场在科学研究与实践应用中的重要性日趋凸显.在生物大分子研究方向,磁场也发挥了重要的作用.其中,梯度磁场作为磁场的一种,由于其提供的资源除磁场外,还有磁场梯度,使其具备除常规磁场效应(择优取向、晶体质量改善等)外的其他应用价值(如溶液的对流控制、晶体质量改善、分离纯化等),因此备受关注.梯度磁场环境下涉及生物大分子的研究,主要集中在生物大分子的结晶、分离与纯化,以及自组装等方向.充分利用梯度磁场,可以实现高质量的生物大分子晶体生长、高效低成本的生物大分子分离与纯化等重要应用.因此,梯度磁场在生物大分子结构解析技术、生物药物制备技术等方向具有十分重要的价值.本文将从梯度磁场物理环境对生物大分子溶液体系的基础性影响角度出发,回顾并讨论梯度磁场在生物大分子研究中的应用,并对该领域的发展前景进行了预期.     

求算溶液中大分子链分维的一种方法

分形(fractal)理论是近年才发展起来的一个数学新分支(B.B.Mandelbrot,TheFractal Geometry of Nature,1982),在各门学科中都有广泛而独特的应用。大分子链可视为由链段构成,而链段又由链节构成。链段本身受周围环境(溶剂、温度等)的影响,其大小、形态随时发生着变化。根据分形理论,大分子链有很好的自相似性,其形态可由分数维(D)来描述。通常,求算D值很困难,特别是复杂的大分子。本文给出了计算D值的一种简便方法。 de Gennes的标度理论给出了聚合度     

蛋白质分子分维与三级结构的关系

分形是介于有序结构和完全无序结构之间的具有自相似的不规则状态。一条蛋白质分子链沿多方向折叠盘绕,虽然构象十分复杂,但仍然形成象α螺旋和β折叠有规则的结构。因此,研究生物大分子链的分形和分维,成了人们感兴趣的研究课题。Stapleton等人用低温下的EPR实验和计算机模拟,发现一些含铁蛋白质分子的分维在1.33—1.67之间。Isogai等人用计算大分子链长的方法,研究43个蛋白质的分维,结果在1.43—1.95之间。     

放大了的生物分子

对病毒结构和生物分子在细胞内装配的研究,使我们认识了这些大分子在复杂的生物系统中的功能。在生物体细胞内进行着各式各样的生物化学过程。生物大分子,特别是蛋白质和核酸,参予或控制着这些过程。这种大分子一旦分离,便失去了功能。它们常常相互作用,形成了有序的聚合体或复合物,它们有时在形式和功能上竟是如此的富有特色,以致决定了细胞器的名称。30多年来,我对核酸和蛋白质以及     

揭开微观世界的奥秘——显微镜发明的科学历程

显微镜是产生-个放大的物象,以观察肉眼直接看不清的被观察物细节的一种仪器,分为光学显微镜和电子显微镜两种.光学显微镜又有单显微镜和复显微镜之分,复显微镜可看到细菌;电子显微镜可观察到如病毒、大分子等更微观的物质.     

接枝型的聚氯乙烯大分子增韧-稳定剂

近年来用高分子化合物作为聚氯乙烯的稳定剂或增塑剂引起了人们的极大注意。聚酯、环氧树脂等高分子化合物已成功地应用于某些制品上。还有些工作是通过氯乙烯单体与一些化合物,如十一碳烯酸铅共聚的方法,赋予聚氯乙烯大分子本身以稳定作用基团,使其具有永久的稳定作用。但是,到目前为止,一种高分子化合物既能对聚氯乙烯起稳定作用又起增韧作用的研究,尚未见有报导。我们试图通过天然橡胶和苯乙烯及甲基     

丝蛋白纤维化机理(Ⅰ)——中部丝腺内丝蛋白大分子的有序态

生丝和稀释的丝蛋白水溶液及其浇铸的膜的结构已有许多研究工作报道,但是丝蛋白大分子在丝腺体内结构迄今仍缺乏研究。蚕吐丝是靠其内部挤压和外部拉伸应力作用,使贮存在中部丝腺内的液状丝蛋白大分子经前部丝腺从吐丝口吐出、结晶、纤维化。丝蛋白大分子分子量约30万,但其粘度远低于一般聚合物。与合成纤维纺丝过程相比,蚕的吐丝速度和压力低得多。但由于中部丝腺体内丝蛋白大分子的结构及形态不清楚,对这一过程了解甚少,上述现象也得不到合理解释。