从高分子构象与动力学到蛋白质折叠

针对作用在聚合物刷上的键拉力研究表明作用在接枝基面上的力随着聚合物刷接枝密度的增大反而减小,然而尾端单体上的拉伸张力并没有消失.高分子的构象和动力学转变决定了其物性和多种多样的应用,而生物大分子蛋白质作为由二十种不同属性的氨基酸构成的序列,更是具有由其序列所决定的特别的三维自然结构.本文就聚合物刷、聚合物纳米复合材料、聚合物网络等几种高分子体系的构象与动力学过程,及蛋白质构象和其折叠与去折叠的动力学过程做了介绍.特别是蛋白质的折叠与去折叠速率在单分子操纵实验中受到拉力的调控,通过测量这种拉力依赖的动力学过程、蛋白质的自由能曲面和折叠去折叠路径可以得到系统全面的研究.本文以肌肉蛋白titin的免疫球蛋白结构域I27为例对蛋白质折叠研究进行了阐述.     

核磁共振波谱研究蛋白质三维结构及功能

文中总结了中国科学技术大学生命科学学院核磁共振波谱实验室十多年来的工作.我们的研究主要集中于研究人和其他真核生物基因表达调控相关蛋白质以及细胞连接处相关蛋白质.在这两个体系中许多蛋白质与人类健康及疾病相关,有的可能是潜在的药物作用靶标.我们主要关注用核磁共振波谱方法研究蛋白质-蛋白质相互作用的结构基础.核磁共振适合研究在接近生理条件下的分子相互作用,特别是适合研究低亲和力的瞬态的复合物.它可以提供蛋白质相互作用界面,复合物结构,以及蛋白质相互识别过程动力学的信息.文中给出了一些例子.我们也研究蛋白质内部动力学,包括皮秒-纳秒时间尺度,与毫秒-微秒时间尺度的动力学.与圆二色谱及荧光光谱结合,核磁共振可以详细表征蛋白质的折叠与去折叠.文中给出的核磁共振应用的最后一个例子是用计算机虚拟筛选,核磁筛选,我们发现了一个人的双功能的磷酸酶的一种新类型的抑制剂,并研究了该抑制剂对细胞功能的影响.这一策略有可能用于早期药物的发现.     

尿素、盐酸胍在溶菌酶分子上结合数的平衡渗析研究

蛋白质的活性及生物功能与其二级、三级和四级结构有重要联系,而这些结构主要是以氢键、疏水键等弱相互作用所维系.由于这些弱相互作用易受外界因素的影响,使蛋白质分子发生构象变化,从原来的折叠态变为去折叠态.这一变化使得蛋白质分子失去生物功能,称为蛋白质的变性.能够使蛋白质变性的化学物质被称为变性剂,尿素和盐酸胍是常见的蛋白质变性剂.     

蛋白质构象与折叠行为的研究

蛋白质结构预测与蛋白质折叠是生命科学研究的核心问题之一,也是后基因时代推动生物学朝着定量化发展的重要方向之一,它是分子生物学中心法则还没有解决的一个重大生物学问题.简单介绍了蛋白质分子的结构特点,讨论了蛋白质分子构象研究的重点,即蛋白质结构预测与蛋白质折叠.重点介绍了拥挤环境对蛋白质构象的影响和蛋白质分子的力学性质,这是蛋白质分子构象研究的深入.这些介绍可以帮助我们更清楚地认识蛋白质分子.     

蛋白质折叠的计算机模拟

使用非格点朗之万模型和"Go型"氨基酸相互作用模拟了4个小分子量快速折叠蛋白质的折叠行为.从动力学和热力学两方面的探讨中,得到蛋白质CI2的折叠属于两态过程和蛋白质CheY的折叠过程存在中间态和蛋白质1BBL的折叠属于无势垒的"下山"式过程,而蛋白质片断1BDD(第10至第55残基)的折叠则是介于两态过程和"下山"式过程的中间类型.由于使用了相同的模型,物理机制上这些不同折叠类型显然来自蛋白质不同的天然态拓扑结构.     

基于量化计算的生物炭与苯酚弱相互作用机理研究

芳香族化合物在生物炭表面的分子行为、特别是弱相互作用机制尚不清楚.为揭示生物炭-苯酚间弱相互作用机制，本文采用等温吸附、吸附动力学实验，结合FT-IR表征，应用密度泛函理论(DFT),分析生物炭与苯酚分子间不同吸附构型的结合能、约化密度梯度(RDG)和电子密度拓扑关系.结果表明：等温吸附经72 h达平衡，pH显著影响饱和吸附量，pH=6时吸附量最大；生物炭表面官能团是吸附作用中心，吸附焓(ΔH)始终处于氢键键能范围内；4种吸附构型(A/B/C/D)的弱相互作用均由范德华力和弱氢键共同主导，B构型结合能最低、最稳定，C构型弱相互作用最强，D构型弱相互作用最弱.     

蛋白质力学及其力-化关系研究

基于分子生物力学方法详细介绍了蛋白质结构功能域的力学理论分析。首先,从力学、物理学和医学角度阐述了蛋白质中铰运动、蛋白质功能域的铺展变形和受体-配体的接合,最后详细讨论了蛋白质在机械力作用下发生的运动和变形与生物学及生物化学之间相耦合的基本原理,旨在探索力学和生物化学之间的联系及其生理学意义。     

蛋白质-蛋白质相互作用的实验检测方法

生物体内的蛋白质分子常常通过与其他蛋白质分子发生相互作用来发挥其生物功能.因此,研究蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)对于阐明蛋白质分子的生物功能以及分子作用机理具有重要的意义.主要介绍基于生物物理和生物化学原理的检测蛋白质-蛋白质相互作用的实验研究方法,并对发展趋...     

AFM纳米操纵中侧向推动力的测量方法

纳米级操纵技术是制造纳米级结构、器件的重要方法之一,同时也是研究纳米粒子之间相互作用的重要手段.该文在运用原子力显微镜的探针操纵碳纳米管的同时,开发了一种纳米级操纵力的同步测量方法.应用该方法,成功测量出了操纵、切割碳纳米管的侧向力信息,从而为研究纳米粒子、基体与操纵工具之间的相互作用提供了最直接的力学信息和实验结果.在此基础上,可以进行初步的纳米设计,研究纳米新材料的力学特性.     

细胞动力学研究进展与展望

细胞是生命活动的最小单元,其功能可塑性及动力学特征是维系生命个体健康及物种繁衍的重要保证.在分子水平,细胞可塑性与动力学特征受遗传学及表观遗传学的调控.随着基因组计划的顺利完成及我们对细胞增殖重要蛋白质作用网络生物化学特征研究的成功实施,表示细胞重要生命活动过程中功能分子的动力学特征及其调控机制显得日益重要.组建中国科学技术大学细胞动力学实验室旨在纳米尺度揭示细胞重要生命活动全过程的详尽全息分子调控机制.在过去的几年中,已取得了动点蛋白质网络研究的阶段性进展,动点蛋白复合物组分剖析、功能评估、蛋白质作用动力学及可塑性研究等方面均取得了具有特色的成绩.目前,拟在纳米尺度评估动点组装的时空动力学调控机制.相信在未来的日子里,细胞动力学实验室的创新性成果能够综合集成,并为人口与健康领域的重大命题提供相关的解答方案与技术平台.     

莱茵衣藻腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的相互作用蛋白组分析

微藻利用光能和CO₂合成淀粉作为藻细胞的储能物质,是以燃料乙醇为代表的液体生物燃料的可持续原料来源.理解微藻淀粉代谢关键酶的催化机制和调控方式是基因工程操作以提高藻细胞淀粉积累能力的前提. 基于此,以莱茵衣藻淀粉合成代谢中的关键酶腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)催化亚基为探针蛋白,获取该酶的GST融合蛋白后使用GST沉降分析实验结合HPLC-MS/MS的蛋白质检测技术及生物信息学分析方法获得一组与AGPase催化亚基存在相互作用蛋白质,主要包含分子伴侣蛋白、光合作用相关蛋白和信号蛋白分子等. 通过综合分析上述蛋白组的生理功能及亚细胞定位,揭示了它们通过与AGPase相互作用在淀粉合成代谢中的生物学意义.      

伸展态β-乳球蛋白重折叠过程的动力学特性

从蛋白质变性的渐变模型及构象态渐变的观点出发 ,对伸展态 β -乳球蛋白的重折叠过程进行了分析 ,发现蛋白质分子从伸展态到最终折叠态历经一系列中间稳定态 .尿素浓度梯度电泳实验结果显示 ,存在两条不同的折叠途径 .在不同的尿素浓度范围内 ,蛋白质分子的折叠过程具有不同的动力学特性     

在蛋白质分子中由激发的孤立子引起的电子转移几率

采用密度算符方法，研究了在蛋白质分子中通过所激发的孤立子把电子从供体传送到受体的几率大小。把存在于生物环境中并有相互作用的生物蛋白质看成是与一个热源接触，具有耗散特征的动力学系统，此种情况下激发的孤立子和由孤立子传送的电子几率与电子同孤立子的耦合程度、孤立子的振幅与速度及动力学系统的耗散特征和供体与受体之间的距离有关，其结果与实际情况一致。     

盐酸胍诱导的蛋白质变性现象研究

考虑常用变性剂盐酸胍（GuHCl)分子与蛋白质主链上的相邻二肽形成双氢键，利用吸附反应动力学方法，得到了描述蛋白质变性物理参量与盐酸胍浓度之间关系的式。结果表明计算得到的理论值与实验值符合良好，说明所给出的蛋白质分子与盐酸分子相互作用模型，能够较好地描述盐酸胍诱导的蛋白质变性现象。     

BIA技术及其在蛋白质科学研究中的应用

生物大分子相互作用分析(BIA)技术可以实时观察分子问相互作用．本文简要阐述了该技术的基本原理及系统组成，以及在蛋白质科学研究中的应用．包括配体垂钓，蛋白质相互作用，蛋白质功能鉴定等．     

基于表面声波的微流控技术研究进展

 近年来，基于表面声波的微流控技术因为表面声波的产生与控制方式简单高效、表面声波与流体介质相互作用的形式多样，以及声波器件制备工艺简单、易于集成和检测等特点引起了广泛关注和研究。目前，基于表面声波的微流控技术在生化分析与疾病检测等领域中主要围绕细胞等微粒的排布、分离、混合与汇聚现象、声波加热、声波雾化、生物传感等方面展开研究，部分技术已接近成熟，具有发展成为便携式设备的巨大潜力，市场应用前景广阔。本文总结了近20年来表面声波微流控技术在微粒的排布、分离、混合与汇聚现象、声波加热、声波雾化、生物传感等方面的研究进展，并指出了相关研究正在由声力、声热、声电等单效应向多物理场效应转变，由二维、微米级操纵向三维、纳米级操纵转变、由平面型器件向柔性器件转变的趋势。     

分子伴侣的研究进展

文章综述了分子伴侣特别是HSP70分子伴侣系统的结构、功能、作用机理及应用方面的研究进展。分子伴侣能结合和稳定另一种蛋白质的不稳定构象，促进新生多肽链的正确折叠，因而在辅助蛋白质复性以及免疫保护等方面有很重要的作用。HSP70分子伴侣能够帮助细胞内新生蛋白的折叠和跨膜运输、蛋白质多聚体结构的装配和解装配，并能在胁迫下维持蛋白质的特殊构象，防止未折叠的蛋白质变性和使聚集的蛋白质溶解复性。     

一种融合多组学数据的关键蛋白质预测算法

关键蛋白质在维持生物体的生理活动中发挥着重要的作用，预测关键蛋白质有助于设计药物分子靶标.随着高通量技术的发展，基于蛋白质相互作用关系数据采用计算方法识别关键蛋白质成为当前的热门研究.研究表明，将蛋白质相互作用网络与其他生物学信息结合起来能够更有效地识别关键蛋白质.因此，本研究提出一种整合蛋白质相互作用数据、基因本体注释信息、蛋白质亚细胞定位信息及蛋白质结构域信息的识别关键蛋白质的新方法TGSD.为了评估新算法的有效性，选取4组常用的酵母测试数据集进行仿真实验，详细比较TGSD方法与其他7种经典方法的识别效果.数值结果显示，TGSD在预测正确关键蛋白质数目和准确率等统计指标上明显优于其他算法.     

同源α-螺旋结构蛋白质Im7和Im9的变性及折叠特性的研究

Im7和Im9是具有相似三维空间结构的同源蛋白质分子，这两种蛋白质的一级序列中有60％的残基成分相同，研究结果显示，Im7和Im9分子具有不同的稳定性和经历不同的折叠途径，为解释有关的实验事实，利用吸附反应动力学方法，分析了Im7和Im9两种蛋白质的变性过程和重折叠过程，结合Im7蛋白质和Im9蛋白质所具有的空间结构特性，对Im7和Im9蛋白质具有不同稳定特性和折叠途径存在差异的原因做了进一步的讨论和解释。     

蛋白质折叠研究的热点

蛋白质折叠、结构和设计国际研讨会(International Workshop on Protein Folding，Structure and Design)于2001年6月11—22日在意大利Drieste，Abdus Salam国际理论物理中心(ICTP)召开．这次会议集中了当今蛋白质折叠研究的大多数知名学者，他们的工作比较全面地代表了目前国际上蛋白质折叠问题研究的前沿．这次会议大多数报告是关于蛋白质模型和它们的折叠机理．会议比较全面地反映了目前国际上蛋白质折叠问题研究的状况，以及未来蛋白质折叠研究发展的方向．目前蛋白质折叠的研究热点有两个方面：一是蛋白质模型的研究．这方面集中在简单的格点模型，主要内容有3个方面：(1)水分子影响．(2)侧链的影响．(3)拓扑结构研究．二是蛋白质折叠机理的研究，主要内容有：(1)热力学性质分析．(2)动力学过程的研究．(3)折叠初期研究．