生物大分子开放研究实验室

一、实验室概况生物大分子开放研究实验室设于中国科学院生物物理研究所,是由国家计划委员会和中国科学院共同投资建立的国家重点实验室。它主要从事生物大分子结构与功能的基础研究和应用基础研究,近期主要研究方向包括酶的催化和调控原理,酶的动力学与不可逆抑制动力学,生物大分子(包括酶、功能蛋白、多肽激素和核酸等)的空间结构、构象运动及其与功能的关系和以膜脂—膜蛋白的相互作用为中心的生物膜的结构与功能的研究。该实验室注重联系医学、农业等实际,开展应用基础研究,不断开拓研究成果的应用前景。     

碱性和中性食线虫真菌丝氨酸蛋白酶动力学行为差异研究

食线虫真菌丝氨酸蛋白酶被认为是病原真菌感染线虫最重要的毒力因子之一.研究表明,碱性体壁降解丝氨酸蛋白酶比中性蛋白酶具有更强的催化活性和杀线虫活性.研究选取中性丝氨酸蛋白酶PII和碱性丝氨酸蛋白酶PR1为研究对象,通过分子动力学模拟、元动力学模拟和本质动力学分析等手段研究二者的结构动力学差异及对催化能力的影响.研究结果表明,模拟过程中PII比PR1具有更高的全局构象柔性; PII较PR1具有更为粗糙的自由能表面和更高的自由能最小化值,说明PR1比PII具备更高的热稳定性和全局结构稳定性.对于两者底物结合区域柔性的比较结果表明,PR1的底物结合区域比PII具备更高的RMSF、Rg和SASA,同时具备更少NHB和NNC,说明PR1底物结合部位具有更强的构象柔性.通过对二者的模拟平衡轨迹进行本质动力学分析表明,PII和PR1具有不一样的主要运动模式,PII的大尺度协同运动主要为分子表面环区的运动,而PR1的大尺度协同运动则是底物结合区域与功能相关的协同运动.以上动力学行为的差异可能使得碱性丝氨酸蛋白酶PR1较中性丝氨酸蛋白酶PII具备更强的催化活性和杀线虫活性.     

溶液粘度对酶活性的影响

酶动力学的研究对于了解酶的结构与功能的关系,阐明酶作用的机理是极其重要的。近年来生物高分子在溶液中的空间构象与功能关系的研究证明蛋白质活力与在溶液中的构象紧密相关。这方面国内外已有不少报道,但用酶动力学方法研究溶液对酶活力的影响却只有零零碎碎的一些论文。鉴于生物体内反应系统具有一定的粘度,并非纯粹的水溶液系统,另外弄清楚粘度影响可能有助于体外实验更好地模拟体内生理状况,同时也能为酶制剂在工业上的应用提供部分理论根据。影响酶促反应速度的因素,诸如酶浓度、配体浓度(底物、产物、抑制物和激活剂)、PH值、温度等早已众人皆知。本文仅就溶液粘度对酶活力的影响进行初步的试验研究,捉出了影响酶促反应的一个新因素——粘度。     

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.     

生物神经系统的一些动力学问题

生物神经系统具有极其复杂的多尺度、多层次的超级网络结构, 承担着生物体的感知、认知、运动控制等重要功能, 存在十分丰富的动力学行为。作者对生物神经系统的时空动力学、网络动力学建模、智能活动等几个基本的动力学问题进行简要综述, 探讨它们与力学之间的内在联系, 并在此基础上对神经动力学的今后发展进行展望。     

生物海洋学研究进展

生物海洋学是海洋学的分支学科之一.本文综述了生物海洋学的定义、学科发展的历史、生物海洋学基础研究、应用研究和新技术的应用等研究内容,阐述了该学科研究热点问题以及未来发展方向.生物海洋学的未来重大进展将表现在生物多样性在生物地球化学动力学中的重要作用、功能生态学、生物聚集体的结构动力学以及人类影响和生境关系等4个方面.     

高压对朊蛋白构象和动力学的影响

蛋白质在溶液中是多种构象并存的一个热力学系统,不同的构象以一定的概率在不同的态之间互相转变。作为一个热力学体系,不同构象存在的概率受到热力学变量的影响,压强作为一个基本的热力学变量,其变化将影响到蛋白质的构象分布和动力学行为。压强的增大通常会减小蛋白质的体积,从而可以通过增大压强开展对常压下难以观察的构象进行研究,这些构象对于揭示蛋白质的生物学功能具有重要意义。以朊蛋白为研究对象,通过分子动力学模拟方法研究高压诱导下蛋白质的构象变化。研究结果表明:水分子在高压下的排列趋向于有序,水分子的有序排列直接影响到与水分子有密切接触残基的动力学行为;高压下水分子能够渗入二级结构的疏水核心,破坏β片层的二级结构。揭示高压诱导下朊蛋白构象转化的分子机制,为蛋白质的高压变性研究提供理论依据。     

化学修饰多糖的合成、结构表征及构效关系的研究进展

多糖是指多个单糖分子聚合而成的一类重要的生物大分子,其生物活性取决于单糖组成和糖苷键类型,及其在溶液中的构象等结构因素.利用化学修饰能够改变多糖的空间结构,从而赋予其新的生物学功能.本文从合成方法、结构表征、构效关系等方面对多糖的化学修饰进行概述,以期为多糖化学修饰在制药和食品行业中的应用提供参考.     

多糖化学结构解析研究进展

多糖作为自然界中含量丰富的生物大分子,其不同的化学结构会影响其生物学活性.由于多糖结构复杂使其解析起来十分繁琐和困难,多糖的深入研究受到限制.因此,文中介绍了天然产物多糖初级结构和高级结构的研究方法,同时对毛细管电泳-质谱联用技术(CEMS)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱联用技术(MALDI-TOF-MS)、二维核磁共振技术(~1H-~1H COSY、HSQC、HMBC)、分子模拟技术等最新检测手段在多糖化学结构解析中的应用进行综述.这些技术可以方便快捷的提供多糖组成、链接顺序等一级结构信息,同时也可以表征多糖的空间构象,成为解析多糖结构、探究多糖结构-功能关系不可或缺的工具.     

手性识别的计算机模拟及在毛细管电泳手性分离中应用

手性识别是受体与底物选择结合并产生特殊功能的过程,与生命过程密切相关,一直是化学、生物化学、药学等生命科学及其相关新技术领域的研究热点.计算机模拟是一种计算机实验,它是从原子水平上的相互作用出发,借助计算机数值模拟的方法得到分子(特别是生物分子)的信息.