RNA-蛋白质复合物结构预测研究进展

RNA-蛋白质复合物是生命体中参与细胞活动的重要生物大分子,相关复合物三级结构的测定对理解细胞活动过程和相关疾病的治疗有重要帮助.然而,实验测定RNA-蛋白质复合物分子结构需要大量的时间和财力,高分辨率的复合物结构测定依然面临重大挑战. RNA-蛋白质复合物结构预测是目前软物质物理和生物物理学领域最具挑战性和影响力的研究方向之一.本文首先综述了RNA-蛋白质复合物结构预测的研究进展与挑战,随后讨论了如何优化复合物结构采样和结构评估,最后对如何利用生物分子大数据和深度学习模型进一步优化RNA-蛋白质复合物预测方法做了展望.     

构建杂化酶体系解析对羟基苯乙酸脱羧酶小亚基的功能

对羟基苯乙酸(HPA)脱羧酶是一类甘氨酸自由基脱羧酶,催化前体对羟基苯乙酸或吲哚乙酸的脱羧反应,形成终产物对羟基甲苯和对甲基吲哚。由于其蛋白质结构中小亚基(HpdC)的存在,使其显示了一些不同于其他已知的几种甘氨酸自由基体系的特性,被认为是一类新型的甘氨基自由基酶体系。前期的研究结果初步显示了HpdC在整个脱羧酶体系中的重要性,但缺乏系统的实验验证。通过构建系列杂化脱羧酶(包括组合杂化酶体系与嵌合杂化酶体系)高表达质粒,对相应的编码蛋白质进行分离纯化以及酶活性检测等,探究了小亚基在整个脱羧酶体系中的功能。研究结果证明,小亚基HpdC的存在,一方面直接影响整个编码蛋白质的溶解性及复合物的稳定性,另一方面则通过介导脱羧酶高级聚合状态的形成,决定着酶的催化活性。     

3种色型仿刺参线粒体和核糖体序列片段遗传结构比较研究

仿刺参作为我国重要的海水养殖物种,良种选育是目前研究的重点,其中体色是重要的考虑因素之一。为了比较3种不同体色仿刺参的遗传结构,采用PCR扩增与测序技术对我国3种体色(青色、白色和紫色)仿刺参线粒体16S rRNA和COⅠ与核糖体18S rRNA-ITS-28S rRNA序列片段进行分析,揭示其遗传结构差异及系统发育关系。结果表明, 16S rRNA、COⅠ和18S rRNA-ITS-28S rRNA序列长度分别为812~830 bp、877~915 bp、1 536~1 572 bp。16S rRNA、COⅠ和18S rRNA-ITS-28S rRNA序列在青色、紫色和白色仿刺参中分别检测到单倍型个数分别为4/5/5、5/3/4和4/4/3, COⅠ序列多态性位点数目所比例最大, 16S rRNA序列最小。3种色型仿刺参16S rRNA、COⅠ和18S rRNA-ITS-28S rRNA序列遗传距离数值均比较小,范围分别为0~0.014 7、0~0.021 2和0~0.010 3,没有达到种的分化水平。以紫海胆为外群,基于COⅠ序列构建系统发育树,结果表明白刺参单独聚为一支,但是紫色和青色仿刺参不同个体间相互交叉聚集,无法通过发育树区分。     

大熊猫核糖体蛋白L30亚基基因(RPL30)的cDNA克隆及序列分析

RPL30是核糖体大亚基60S的组成部分,由RPL30基因所编码,主要存在于真核生物中.根据已报道的部分哺乳动物核糖体蛋白L30亚基基因(RPL30)的相关信息设计引物,运用RT-PCR技术,以大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)的肌肉组织为材料,成功地克隆了核糖体蛋白L30亚基RPL30基因,并对其进行了测序及初步分析.结果表明:大熊猫L30亚基基因的表达序列长为388bp,开放阅读框(ORF)为348 bp,编码115个氨基酸的蛋白质,并含有6个功能位点.进一步分析发现,该基因的表达序列及其编码的氨基酸序列与已报道的人、牛、褐家鼠、小家鼠有很高的相似性,其表达序列同源性分别为93.97%,96.26%,89.66%和89.94%,其编码的氨基酸序列同源性分别为99.13%,98.26%,99.13%,99.13%,且其蛋白质的高级结构相似性也很高.     

铀酰离子-细胞色素b_5复合物的分子动力学模拟

铀酰离子(UO_2~(2+))的生物学毒性是由于它能与蛋白质形成稳定的复合物而破坏了蛋白的正常功能。通过使用分子建模和分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟,对铀酰离子-细胞色素b_5复合物(UO_2~(2+)-cyt b_5)进行了结构预测。模拟结构显示,UO_2~(2+)通过配位和氢键作用结合到Cyt b_5中谷氨酸Glu37和Glu43,导致Cyt b_5的动力学行为发生轻微改变,而对蛋白整体结构几乎不产生影响。这些现象与Cyt b_5的体内形成以及作为电子传递蛋白的生物功能紧密相联。这些原子水平上理论信息的获得,为铀酰离子的毒性机制,尤其是涉及Cyt b_5的细胞凋亡,提供了深刻内涵。     

基于Cp-曲线的蛋白质序列相似性分析

蛋白质是生物体内行使重要功能的生物大分子.蛋白质的功能是由其空间结构决定的,而蛋白质的空间结构取决于其一级序列.因此,研究蛋白质的氨基酸序列就成为蛋白质结构预测的前提和基础,并已经成为生物学家关注的主要研究内容之一.主要介绍基于20种氨基酸的一种5-L模型,将蛋白质序列粗粒化为5-L序列,进而给出蛋白质序列的一种3-D图形表示,称之为Cp曲线.将Cp曲线转化为容易比较的序列不变量,并在此基础上对11个物种β-球蛋白质序列进行相似性分析.     

分子动力学模拟中支持CIF蛋白质文件格式（英文）

分子动力学(MD)模拟能够以非常精细的时间分辨率捕捉蛋白质的全原子动态行为,因此它已经成为蛋白质动力学研究的重要工具。当前有多种MD软件包被广泛使用。MD模拟需要从一个蛋白质初始结构开始,而初始结构一般来自蛋白质数据库(PDB)。直到2014年,PDB文件格式一直是蛋白质结构的标准格式。然而,PDB格式存在一些内在缺陷,例如以固定宽度存储结构信息,这对于超大型蛋白质复合物来说存在问题。因此,CIF文件格式被提出来替代PDB格式,前者的特点是具有出色的扩展性。据我们所知,目前主流的MD软件包只支持PDB格式,而不直接支持CIF格式。在本研究中,我们修改了一个MD软件包GROMACS的源代码,使其能够支持输入CIF格式的蛋白质结构文件,并生成拓扑文件。这项工作将简化大型蛋白质复合物MD模拟中的预处理过程。     

偶氮苯光开关在生物大分子中的应用

在相应结合策略的驱动下,偶氮苯以光开关分子的形式在各类生物大分子中得到了深度应用,特别是在多肽与蛋白质的结构与活性变化、核酸调控,以及脂类、多糖复合物的研究上具有独特价值.从近年来所报道的偶氮苯光开关设计出发对其在生物大分子中的应用做了分类综述,总结了偶氮苯光开关当前的发展现状.     

生物大分子中的原子等效电荷分布计算

生物大分子的动力学模拟，对理解或探索生物大分子生物学功能的相互关系具有重要的指导意义．而生物大分子动力学模拟中，其分子中原子等效电荷分布的推算或描述，则是模拟过程中的重要方面．本文基于密度泛函理论框架的电负性均衡法和基于分子轨道理论的Qeq方法对生物大分子中原子等效电荷的分布进行概要地模拟和分析；同时对这些方法的生物学领域的应用以及最新研究进展作简要阐述．     

生物矿化及其模拟应用

生物矿化重要的特征是细胞分泌的有机基质控制无机矿物的成核和生长,形成具有特殊组装方式和多级结构特点的生物矿化材料(如贝壳、骨等)。通过对生物矿化机理的模拟,已经合成了纳米微粒、有机-无机复合物、类生物矿物结构物质。     

大熊猫核糖体蛋白S12亚基基因(rpS12)的cDNA克隆及序列分析

根据已报道的部分哺乳动物核糖体蛋白S12亚基基因(rpS12)的相关信息设计引物,运用RT-PCR技术,从大熊猫的肌肉组织总RNA中成功克隆了核糖体蛋白S12亚基基因的表达序列,对其进行了克隆、测序及分析.结果表明:大熊猫核糖体蛋白S12亚基基因的表达序列全长为422bp,开放阅读框(ORF)为399bp,编码132个氨基酸的蛋白质,该蛋白的相对分子质量为1.45×104,PI为6.81,含有1个酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点,3个N-豆蔻酰化位点和一个核糖体蛋白S12 signature位点.该基因的表达序列及其编码的氨基酸序列与已报道的部分哺乳动物有很高的相似性.     

蛋白质自组装研究进展

在生物体内，大多数蛋白质通过非共价相互作用以有序组织的自组装形式发挥作用。受大自然启发，人工设计蛋白质自组装正如火如荼的展开。近二十年来，蛋白质自组装领域快速发展，成功构建了各式各样，具有广泛结构和功能特性的蛋白质组装体。文章总结了用于调控蛋白质自组装的设计策略和工具，以及构建蛋白质组装体的最新进展，并描述了这些组装体的自然属性和功能。     

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.     

一种基于酵母3',5'-二磷酸核苷酸酶的蛋白亲和层析纯化体系

<正>蛋白质是生命活动的主要承担者。蛋白质的结构和功能的研究在后基因组时代尤为重要。为深入分析蛋白质的结构和功能,研究者们需要分离纯化大量不同的蛋白质。亲和层析具有高选择性、高活性回收率和高纯度等特点已成为纯化蛋白质等生物大分子最有效的技术之一。目前,常用的亲和层析标签有多聚组氨酸、谷胱甘肽转硫酶、麦芽糖结合蛋白等,但不同的标签各有其优缺点。例如:研究发现如果表达的蛋白表面有几个接近的组氨酸,此蛋白可能结合Ni-NTA介质,最终和目的蛋白一同洗脱下     

基于Hb/α-ZrP生物纳米复合物的亚硝酸盐传感器

本研究利用插层组装手段,制备了Hb/α-ZrP生物纳米复合物,并构建了一个基于Hb/α-ZrP的亚硝酸盐生物传感器.该Hb/α-ZrP二元复合物经过X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜、红外光谱及圆二色谱表征,结果表明血红蛋白(Hb)以单层形式插入α-磷酸锆(α-ZrP)层间,并且,插入α-ZrP层间后,Hb的蛋白构型仍然...     

自分泌运动因子(ATX)抑制剂结合位点的预测及其与rPAI-1的分子对接

利用复合物指纹的虚拟筛选预测自分泌运动因子(ATX)抑制剂的结合位点,并通过与24个抑制剂(10个脂质和脂基抑制剂,14个小分子抑制剂)分子对接和动力学模拟表明,Thr209,Asp172,Tyr306,Phe210,Leu243,Leu213和Phe274是抑制剂结合位点的重要残基,且这些残基均通过侧链与抑制剂作用.利用3D-partner预测出与ATX结合的蛋白为纤溶酶原激活物抑制剂1(rPAI-1),并通过同源模拟,得到rPAI-1的分子结构.利用软件GRAMM将ATX与rPAI-1分子结构相结合,并通过分子动力学模拟确定与大分子抑制剂rPAI-1作用的ATX重要残基Glu155和Ala158.     

共轭帽分子分割法研究蛋白质的电荷密度

共轭帽分子分割（MFCC）法将蛋白质处理为一系列加了适当的共轭帽的单个的氨基酸片断，各片段的物理量可以用量化软件算出，整个蛋白质的物理量由各片段的物理量组合而得到．本文将加MFCC法应用于生物大分子的研究，得到了现在抗肿瘤研究中具有重要意义的p53蛋白的电荷密度和静电势．     

莴苣黄化病植原体的分子鉴定

为了明确新疆莴苣黄花病植原体的分类地位,采用巢式PCR和PCR技术对表现黄化症状的莴苣植株分别利用植原体16S rRNA基因和tuf基因通用引物P1／P7、R16F2n／R16R2和fTufu／rTufu进行扩增,得到大小约1．2kb和0．8kb的特异性片段,对所得片段克隆、测序和序列分析。结果表明：它们分别和榆树黄化组（Elm yellows group）成员的16S rRNA基因、tuf基因同源性最高,分别高于98．6％和92．4％。基于16S rRNA基因和tuf基因的系统进化树分析显示,其均与植原体16Sr V组成员位于同一分支上。对16S rRNA基因的iPhyClassifier分析结果表明,其与榆树黄化组B亚组（16Sr V—B）代表株系JWB（AY197661）具有相同的酶切图谱。所有结果表明莴苣黄化病植原体（LSY）属于榆树黄化组B亚组（16Sr V-B）。     

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.     

分子生物物理：一个迅速发展的学科领域

分子生物物理是介于分子生物学、生物化学和生物物理学之间的边缘性学科,其中心内容是在三维水平研究生物大分子的结构及其与生物功能的关系。尽管生命现象绚丽多彩,生命机体千差万别,但它们具有共同的物质基础——以蛋白质(包括酶)和核酸为主要内容的生物大分子。现在知道,与非生命物质比较,以蛋白质和核酸为代表的生物大分子在结构上的一个重要特点,就是其特定的三维结构(空间结构)对其功能具有极大