动物带来的高科技

神奇的"生物钢"生物钢指羊奶钢,也指牛奶钢。羊奶与牛奶,本与钢铁风马牛不相及,但科学家硬是将它们巧妙地结合起来。1997年,美国生物学家安妮·穆尔发现,美国南部有一种被称为"黑寡妇"的蜘蛛,它吐出的丝比人们现在所知道的任何蛛丝的强度都高,而且它可以吐出两种不同类型的丝织成蜘蛛网。第一种丝在拉断之前,可以延伸27%,它的强度竟达到其他蜘蛛丝的2倍;第二种丝在断裂之前很少延伸,却具有很高的防断裂强度。     

让植物生产蜘丝

研究人员已将蜘蛛基因插入马铃薯和烟草植物 ,以使这些植物在它们的组织中制造大量的丝蛋白。如果将此蛋白质织成线 ,它们不仅能生产出坚韧的纤维 ,而且可制成无毒的能生物分解的生物医药用布。来自德国Ｇａｔｅｒｓｌｅｂｅｎ研究所的尤多·康拉德 (ＵｄｏＣｏｎｒａｄ)和同事们制成了金黄色球形蜘蛛丝蛋白基因的人造变体并把它们拼接入几种植物的基因组。他们发现 ,有些植物的蛋白质总量中 ,有 2 %以上由丝蛋白构成。将蜘蛛丝基因转入细菌已获成功。这些细菌在发酵罐里人工培养并在那里制造丝蛋白。但这些细菌得用相对昂贵的丝蛋白成分即…     

仿生材料新进展

<正>据3月25日出版的英国《自然》杂志载文称,材料科学家们正从特殊的动植物身上得到启示,进而研制出有可能赋予人类超级能力的材料。以下的这些仿生材料已应用在多个领域内。超级强韧灵感来源:蜘蛛丝。蜘蛛的拖丝由原纤维构成,其中含有的晶体结构蛋白质、非晶态蛋白质能提升拖丝的强度和弹性     

神奇的“生物钢”

"生物钢"指的是羊奶钢,或牛奶钢.羊奶与牛奶,本与钢铁风马牛不相及,但科学家硬是将它们巧妙地结合起来了. 早在1997年初,美国生物学家安妮·穆尔发现,在美国南部有一种称为"黑寡妇"的蜘蛛,它吐出的丝比现在所知道的任何蜘蛛丝的强度都高.而且这种蜘蛛可以吐出两种不同类型的丝织成蜘蛛网,一种丝在拉断之前,可以延伸27%,它的强度竟达到其它蜘蛛丝的两倍;第二种丝在拉断之前很少延伸,却具有很高的防断裂强度,由这种蜘蛛丝织成的布,比制造防弹背心用的"凯夫拉"纤维的强度还高得多.于是,"黑寡妇"蜘蛛丝的优良性能,很快引起科学家的兴趣,他们设想,要是有一种办法能生产像蜘蛛丝那样的高强度纤维那该多好.     

稀土离子与氨基酸的相互作用

钙(Ⅱ)是生物体内重要的金属离子,它与蛋白质结合主要以静电结合为主,它会与蛋白质中的羧基、羟基、肽键及酚基等发生相互作用。由于在远紫外区才能观察到其电子跃迁这一实验上的困难,使得钙(Ⅱ)-蛋白质结合的直接研究受到了很大的限制。稀土离子与钙(Ⅱ)有极为相近的离子半径,它们的成键性质与钙(Ⅱ)很相似,大都具有闭壳层的电子结构,主要通过静电相互作用与配体结合,且成键强度直接与离子半径有关系。因此研究稀土离子与蛋白质的基本结构单元——氨基酸的相互作用,对于理解生物体系中钙(Ⅱ)的成键性质     

人类蛋白质组研究的前瞻与反思

自1995年蛋白质组概念的提出,至今已13年,人类蛋白质组组织(HUPO)成立也7年.蛋白质组研究已是生命科学中"热点中的热点".而一项更雄心勃勃的人类蛋白质组计划正在酝酿中.     

蛋白质剪接在蛋白质研究和蛋白质工程中的应用

蛋白质剪接(protein splicing)是由蛋白质内含子介导的在蛋白质水平上翻译后的加工过程。蛋白质内含子(intein)是指前体蛋白中的一段插入序列,它在蛋白质翻译后的成熟过程中能自我催化,使自身从前体蛋白中切除,并将其两侧的多肽片段以肽键连接,形成成熟的蛋白质。蛋白质内含子的发现丰富了基因表达和蛋白质翻译成熟过程的理论,而且在蛋白质研究和蛋白质工程中有广泛的应用。本文试图综述蛋白质剪接在蛋白质特异位点标记、蛋白质片段化标记同位素、蛋白质环化、蛋白质芯片、基因治疗等研究中的应用。       

基因编辑技术:一场正在进行的革命——伊曼纽尔·查朋特访谈录

<正>2012年,伊曼纽尔·查朋特(Emmanuelle Charpentier)在研究中与他人共同发现了CRISPRCas9系统:一个正在改变着基因组学、遗传学和基因工程领域的工具。CRISPR-Cas系统是由RNA和蛋白质构成,可以识别入侵病毒DNA并可将其分解(CRISPR表示成簇规则性排列的短回文间隔重复序列,用于描述基因的排列方式)。对于许多细菌和古细菌而言,该系统就相当于一个有效的免疫系统,可以广     

蛋白质组计划正式启动

在人类基因组测序工程完成的同时 ,一个世界顶尖级的蛋白质组学研究小组宣布全球“人类蛋白质组研究组织 (ＨＵＰＯ)”成立。ＨＵＰＯ创始人把该组织视为类似人类基因组组织(ＨＵＧＯ)的后基因组学组织。该组织的使命是提请科学界、政治界和金融界对大规模的蛋白质分析工作给予更多的注意和支持。人类基因组组织ＨＵＧＯ是于 1 988年由政府资助创立的 ,旨在协调全世界的力量来分担人类基因组测序任务。现在 ,人类基因组序列草图已公诸于世 ,研究人员正在将他们的注意力转向确认蛋白质的功能 ,以及由基因编码的蛋白质的表达方式。科学家普遍…     

控制脂肪形成的蛋白质

美国密歇根大学的科学家发现一种使细胞变成肌肉或者脂肪的蛋白质。科学家认为 ,这一发现有助于进一步了解人们如何会变得过于肥胖。肌肉和脂肪细胞都从干细胞开始 ,以后变成先质细胞 (ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｃｅｌｌ)。其中 ,有一类蛋白质控制先质细胞的关键。据研究人员说 ,在这类蛋白质中有一种能阻止脂肪细胞产生的蛋白质。当蛋白质与某些先质细胞连在一起时 ,就会发育成肌肉 ;但当这种蛋白质消失时 ,上述细胞又会重新变成脂肪。研究人员先在试管中进行试验 ,然后在小鼠中发现了这种蛋白质的作用 (他们将先质细胞注射进小鼠的皮下 )。在此…     

微丝、微管抑制剂及周期性电脉冲对豌豆幼苗韧皮部运输的影响

<正>高等植物韧皮部运输是否只靠源库间的膨压差来推动,其中有无原生质的参加,一直是有争议的问题.60年代初,阎隆飞等首先在烟草韧皮部鉴定出肌动球蛋白.阎隆飞和刘国琴最近又在芹菜韧皮部鉴定出微管蛋白和类动蛋白(kinesin-like protein).过去对韧皮部蛋白(P-蛋白)能否执行运输功能颇有争议,最近也在其中找到了与运动有关的蛋白质,这引起研究运输的生理学家的极大兴趣.微丝、微管是高等植物细胞的基本组分.在丝瓜卷须快速弯曲运动中,接受刺激的部位与发生快速运动的部位之间需要有电波传递,电波所到之处,原生质发生收缩运动.已经在丝瓜卷须中鉴定出肌动蛋白和肌球蛋白.用专一性抑制剂的研究也表明,发生收缩运动的组分是微丝.表明植物原生质的运动与动物类似,受“神经-肌肉机制”的调控.Wayne的研究表明,细胞内的电波传递会干扰肌动蛋白和肌球蛋白相互作用,使胞质环流停止.我们最近的研究结果表明,周期性电脉冲减弱玉米苗韧皮部对¹⁴C-同化物的运输,但并不影响³²P在木质部的运输,提示电脉冲刺激很可能是作用于韧皮部的微丝、微管 因此,我们设想运输韧皮部(transport phloem)筛管中微丝和微管的生理活动参与韧皮部运输.本试验利用微丝、微管特异抑制剂和周期性电脉冲抑制微丝和微管的生理活动,进而观察其对抑制韧皮部运输的效应.正在萌发的豌豆幼苗,适于用作细胞内含物再分配的研究. 营养源是养料储备丰富的子叶,胚根维管束是物质运输的通道,正在伸长生长的胚根是库,构成理想的源、库、通道的物质运输系统.在这个系统中,胚根伸长生长所需的物质完全靠子叶细胞内含物的再分配,这和蒜苔细胞内含物向新生珠蒜的再分配很相似.蒜瓣表皮和蒜苔组织汁液的转移主要靠原生质的胞间运动,但韧皮部的汁液运输有无原生质的推动至今尚未阐明.本试验以豌豆胚根的伸长生长和外源¹⁴C-蔗糖作为作韧皮部汁液运输的指标,从两个角度考察微丝、微管在韧皮部运输中的作用:即分别观察微丝、微管抑制剂和周期性电脉冲刺激对韧皮部运输的影响.     

物理学—研究生物学的重要手段

观察病毒的装配几十年来 ,科学家们一直把噬菌体作为模拟感染人类病毒的材料。然而 ,对于噬菌体如何制造更多的噬菌体 ,迄今仍神秘莫测。现在 ,加利福尼亚大学(ＵＣ)的生物物理学家们第一次捕捉到了正在进行自我装配的噬菌体。他们利用微球和激光技术 ,观察了病毒是如何把自身的基因组装填入蛋白质外壳 ,以及它们是如何与其ＤＮＡ展开激烈的争夺战的。结果显示 ,担负ＤＮＡ包装任务的显微曲柄 ,是迄今所测到的最有力的分子发动机。一位研究噬菌体的生物学家Ｄ·安德森 (Ｄ .Ａｎ ｄｅｒｓｏｎ)说 :“长期以来 ,我们总是结合应用生物化学和遗…     

紫外线光照会降低植物的光合作用

由于大气臭氧层变薄,使更多的紫外线照射到地球表面,这将使某些蛋白质包括植物光合作用生成的某种蛋白质受到破坏。美国农业部一位科学家奥塔·马顿(A·Mattoo)认为,过多的紫外线照射会影响植物的光合作用效率,最终将导致世界范围的作物减产。遭受损害的植物蛋白质通常是32KDA蛋白,它是植物光合作用某一时期(通称为“光系统2”)的四种蛋白质中的一种。马顿认为植物不断合成蛋白质,然后在光合作用的化学反应中消耗。马顿等研究了浮萍中的32KDA,他们所以选择研究浮萍,是由于浮萍能够在洁净的水中生长,也就是说,这种植物不受土壤中     

几种昆虫核糖体核酸的碱基组成

由于核糖体是蛋白质合成的部位,所以近年对原核细胞和真核细胞核糖体的研究日益广泛和深入。本文研究家蚕五龄幼虫丝腺和家蚕蛹卵巢中的核糖体核酸(rRNA)以及黄粉(虫甲)老熟幼虫的rRNA的碱基组成,并探讨几种昆虫rRNA碱基组成所呈现的差异。 提取上述家蚕组织和黄粉虫rRNA的方法系参考Kirby(1968)综述的冷酚法制备:     

三维打印贝壳仿生结构的力学性能

三维打印是当今最热门的快速成型方法.随着三维打印技术的发展,人们可以将灵感方便快捷地变成现实.受天然贝壳珍珠层高强度高韧性的启发,利用三维打印技术制备仿生复合材料,结合拉伸实验及有限元方法研究微结构对复合材料断裂模式和断裂韧性的影响.本文探索了利用立体光固化成型三维打印技术制备并研究仿生复合材料的科研模式,在实验室条件下实现了电脑设计到人工合成的快速衔接.     

RNA化学修饰成为研究焦点

<正>随着科学家对RNA化学修饰研究的深入,表观转录组学的研究工具进一步增加。2004年,以色列特拉维夫大学的肿瘤学家吉迪恩·雷肖比(Gideon Rechavi)和同事们比较了所有人类基因组DNA序列和对应的信使RNA序列,信使RNA(m RNA)携带着基因制造蛋白质的所需信息。他们正在寻找一种改变,组成RNA序列的一种核苷酸组件——腺嘌呤核苷(简称A)被换成了另一种     

极地的鱼为什么冻不死?

日本广播局(NHK)电视节目向观众显示,在南极冰块上挖洞垂钓,居然钓到(鱼叚)虎样的鱼。在北极据说有比目鱼类。不管怎样,在冬季—2℃的海中,它们竟没有冻死,这是事实。加拿大纽芬兰岛纪念大学的弗莱彻(G.Fletcher)最近解开了这个谜。他认为,这是由于上述鱼类在冬季合成了特殊的蛋白质,调节了渗透压,使血液的凝固点下降的缘故。这种特殊的所谓“不冻液蛋白质”,从入冬的十     

蛋白质的盘曲折叠与生命体的生死存亡:2014年拉斯克基础医学研究奖解读

<正>在一年一度的盛大的颁奖仪式上,拉斯克(Lasker)基金会将其2014年度的基础医学研究奖颁发给日本京都大学的森和俊(Kazutoshi Mori)和美国加州大学旧金山分校的Peter Walter,以表彰他们在未折叠蛋白质反应(unfolded protein response,UPR)研究中的突出贡献.解读世界顶级的科学大奖,不是一件很容易的事情,解读蛋白折叠研究及其所以获得拉斯克基础医学研究奖,则可能更是难上加难的事儿——因为蛋白质折叠研究的历史之长、人数之众、问题之多、玄妙之深,如何把握解读的角度、深度和广度,以阐释其中的根本问题、科学原理、哲学思辨与人文的光辉,引发对科学研究与人才培养等各     

CAP适合弯曲DNA的时候

由对细菌的生长,到对高等生物的发育,结合DNA的蛋白质都起到极其重要的转录调节作用。曾被认为,和这些蛋白质结合DNA的几何形状,似乎并无太大变化,只是形成或采纳了某些轻微的弯曲或纽结。但由转录激活剂所提供的证据说明,DNA是极度弯曲的。如今,由舒尔茨(Schultz)、希尔德(Shield)和施泰茨(Steitz)测定了这种复合物的结晶结构,进一步证实了DNA的弯曲是很大的.在上月发表的一篇文章里,柯波拉(Kerppola)和柯伦(Curran)表明;在拉链致癌蛋白质Fos和Jun内,它们同族DNA都是弯曲的;而且,DNA作为蛋白质的被动骨架的观点被放弃,而两者间的关系,被视为是平等协作。但DNA结构的这些变形,是如何转化为生物学功能的呢? 我们对DNA-蛋白质之间相互作用动力学的认识是逐步深入的,随着由X-射线结晶学核磁共振光谱学对DNA结合蛋白质结构的确定。抑制物蛋白质的螺旋转向螺旋的和DNA结合的基序,在同源区内出现相同效应,证实了蛋白质α-螺旋的“真实”DNA顺序,是以大沟形式出现的开始预想。现在,可把形成特异顺序的这种方式,扩伸进锌指蛋白质内。对于DNA-亮氨酸拉链间的相互作用,这也许是关键。但试图总结快速发展的这一课题,类似于为迎面奔驰而来的火车拍照;即使螺旋沟构型的观点不再普遍了。汤姆·施泰茨(Tom Steitz)和他领导的小组,占据着研究的领先地位。已从对原核生物转录激活剂和分解代谢激活剂蛋白质(CAP,也叫环状AMP受体蛋白质)的结构     

一种改进的研究蛋白质-蛋白质相互作用的平均势方法

在原子水平上发展了一种距离相关的用于研究蛋白质-蛋白质相互作用的平均势(potential of mean force, 简称PMF)方法. 与传统理论模型相比, 我们的模型考虑了蛋白质系统的复杂环境因素. 这种改进使得该模型能够给出物理上更合理和准确的势函数形式. 得到这样的势函数是正确描述蛋白质结构及相互作用的前提条件. 而且借助于改进后的方法, 还可以对蛋白质中残基相互作用的空间拓扑规律进行研究. 期望这种改进将促进平均势方法在蛋白质科学其他领域, 如蛋白质折叠识别, 结构预测及热稳定性预测中的应用和发展.