天然同位素丰度野生型酵母细胞色素c构象变化的核磁共振检测

细胞色素c是一个重要的多功能蛋白,它在呼吸链及细胞凋亡中均发挥着重要作用.细胞色素c的构象变化与其功能密切相关,表征细胞色素c的构象变化对于明确其相关功能的分子机制至关重要.核磁共振（NMR）是近原位环境下表征蛋白构象的重要工具,但通常需要使用¹³C、¹⁵N等同位素.由于野生型细胞色素c存在翻译后修饰,故其同位素标记十分困难.本文尝试使用¹H-¹³C HSQC技术来表征提纯后的天然同位素丰度的野生型细胞色素c的构象变化.结果显示该方法能在2 h内检测到大多数甲基的信号,且化学位移变化明显的甲基与其构象变化一致.这表明该方法有助于研究天然丰度或翻译后修饰蛋白的构象变化.     

磷脂在膜结构间的交换:温度和离子强度的影响

磷脂跨膜交换对生物膜功能与药学研究有重要意义.石英电子微天平及耗散系数测量仪被用于研究囊泡与支撑膜间磷脂的交换行为.研究表明:首先,在磷脂跨膜输运过程中,热力学环境和离子强度对支撑膜表面吸附囊泡的形变程度影响较小,囊泡与支撑膜的总接触面积直接取决于囊泡的吸附数量;其次,交换过程中膜结构间最大总接触面积随着温度的升高和离子强度的降低而增大,温度和离子引起的囊泡吸附速率和跨膜交换速率的变化在其中发挥着关键调节作用.本研究有助于加深对磷脂在生理条件下跨膜输运过程的理解,并为基于脂质体的药物载运体系研究提供参考.     

组分混合磷脂球胶束化动力学

两亲性磷脂分子能够形成各种不同形态的胶束,其结构形成不仅依赖于磷脂分子结构和组成,还依赖于两亲性分子的自组装路径. 本工作采用粗粒化分子动力学方法模拟研究了二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)与十六烷基磷酸胆碱(HPC)混合磷脂球胶束化行为. 通过调节DPPC/HPC的组分比例和磷脂球尺寸,观察到多种不同胶束结构形成,例如：球形和非球形(扁平或长椭球)囊泡、盘形胶束、单环或双环胶束和蠕虫状胶束. 研究发现,由于原位胶束化作用,采用磷脂球作为初始态有利于形成囊泡和环形拓扑结构胶束. 模拟结果表明,结合初始态结构设定同时调节磷脂分子组成是一种有效调控磷脂胶束结构的方法.     

磷脂微滴囊泡化的介观模拟

发展了一种非显示溶剂的粗粒化三粒子磷脂模型,该模型明确反映磷脂分子的双尾结构．模型分别采用变形的MIE作用势和Harmonic作用势描述分子间非成键和分子内成键相互作用,粗粒化力场参数通过拟合DPPC双分子层的结构和力学性质获得．该粗粒化模型成功重现了磷脂分子从随机初始态到双分子层和从盘状结构到囊泡的形成过程．应用该模型系统研究了球形和柱形磷脂微滴囊泡化的过程,结果表明此模型能有效地模拟介观尺度下复杂磷脂囊泡的形成及演化．     

生物高分子的单分子物理研究

许多生物大分子通过机械力来调控其结构与生物功能。它们能够产生,感应,传递和响应力学信号,并且做出相应的构象变化。单分子力谱被广泛地用于表征这些生物分子在其生理环境下的构象变化,从而研究机械力对结构和功能的调控作用。我们将在这一综述中,总结不同生物大分子力谱与其结构之间的对应关系,和各种相互作用对生物大分子力学性能的贡献和调控。这些研究也使得基于原子力显微镜的单分子力谱成为一个多功能的研究工具,把传统的生物化学和生物物理拓展到单分子层面。     

表面增强拉曼与催化双功能材料研究与应用

表面增强拉曼散射(SERS)是吸附在纳米材料表面分子的拉曼信号被极大增强的现象,而纳米材料由于其量子效应具有优异的催化功能。协同复合材料的催化与SERS活性,在原位-动态环境条件下,研究催化剂本身及其表面的分子转化催化过程,间接超灵敏检测小分子、重金属离子、生物分子等对于催化体系研究具有重要的意义。最近构筑了一系列SERS-催化集成体系,并利用SERS技术研究了其催化机制与应用。     

聚联乙炔囊泡羧基端链有序-无序转变的二次谐波与双光子荧光研究

理解和调控具有π共轭骨架的聚联乙炔（PDAs）囊泡的界面特性对其变色传感化学及生物靶标分子的能力极其重要.本文采用联乙炔作为模型分子,通过调节紫外光辐照剂量制备了具有不同相态的PDAs水溶液样品（包括单体、蓝色相、紫色相和红色相）.基于具有表面选择性的二次谐波（SHG）技术和zeta电位测量,通过探测探针分子D289在囊泡表面的吸附行为来研究PDAs囊泡变色过渡转变中界面构型的变化.SHG探测结果表明：在PDAs囊泡变色转变过程中,D289分子吸附贡献的共振SHG信号强度急剧衰减,对应的吸附自由能和双光子荧光信号强度均略有减小.依据zeta电位测量结果估算,具有不同相态的PDAs囊泡表面吸附D289分子的表面密度之间的差别相对较小.因此,SHG信号强度的衰减可归因于囊泡骨架结构发生扰动而驱动囊泡的羧基端链逐渐扭曲,进一步诱导D289分子取向变化及其整体结构的有序-无序转变.     

基于离散变分原理的耗散动力学模拟方法：模拟三维囊泡形状

将基于离散变分原理的耗散动力学模拟方法应用到三维囊泡体系,通过优化囊泡的弯曲能求解其平衡态形状. 该方法的优点之一是不需要预先假定对称性. 针对特定约化自发曲率的囊泡体系,该方法模拟获得了一系列轴对称形状,模拟结果与文献中预先假定轴对称条件的计算方法所报道的结果一致,这验证了该模拟方法的可靠性及精确性. 此外,使用该方法研究了两个差别巨大的平衡态形状之间的转变动力学,在转变过程中观察到了多个非轴对称的中间形状. 研究结果表明该方法不仅可以模拟囊泡的非轴对称结构,而且具备模拟囊泡在剧烈形变下演化过程的能力. 为研究更复杂的囊泡体系,特别是生物膜的形变提供了一个重要的理论模拟方法. 关键词： 生物膜 离散空间变分法 耗散动力学 三角网格划分     

聚联乙炔囊泡羧基端链有序-无序转变的二次谐波与双光子荧光研究（英文）

理解和调控具有π共轭骨架的聚联乙炔(PDAs)囊泡的界面特性对其变色传感化学及生物靶标分子的能力极其重要.本文采用联乙炔作为模型分子,通过调节紫外光辐照剂量制备了具有不同相态的PDAs水溶液样品(包括单体、蓝色相、紫色相和红色相).基于具有表面选择性的二次谐波(SHG)技术和zeta电位测量,通过探测探针分子D289在囊泡表面的吸附行为来研究PDAs囊泡变色过渡转变中界面构型的变化. SHG探测结果表明:在PDAs囊泡变色转变过程中,D289分子吸附贡献的共振SHG信号强度急剧衰减,对应的吸附自由能和双光子荧光信号强度均略有减小.依据zeta电位测量结果估算,具有不同相态的PDAs囊泡表面吸附D289分子的表面密度之间的差别相对较小.因此,SHG信号强度的衰减可归因于囊泡骨架结构发生扰动而驱动囊泡的羧基端链逐渐扭曲,进一步诱导D289分子取向变化及其整体结构的有序-无序转变.     

荧光猝灭法对超支化聚合物囊泡温敏性翻转的研究

本文利用稳态瞬态荧光光谱法对硝酸铊猝灭芘标记超支化聚合物囊泡的机理进行了探讨,并将猝灭实验应用于超支化聚合物囊泡温敏性翻转的研究。结果发现,硝酸铊对芘标记超支化聚合物囊泡的猝灭属于动态过程,并且有选择性地猝灭囊泡双分子层的外层;聚合物链段温敏性的转变,引起该链段在囊泡双分子层间的再分布,从而导致超支化聚合物囊泡翻转。     

光谱法在分子间非共价相互作用中的应用及进展

对光谱法在分子间非共价相互作用中的应用作了较详细的评述。重点介绍了紫外、荧光、圆二色、红外、激光拉曼、共振散射等方法在分子间相互作用研究中的应用及进展,总结了这些方法的优缺点。紫外-可见吸收光谱简便、快速,荧光光谱法可获得分子间作用的结合常数、结合位点数及作用方式等信息,圆二色谱法是测定作用前后生物大分子构象变化的有效方法,红外光谱法可提供蛋白质二级结构及构象变化的谱学信息,拉曼光谱法是研究溶液中生物大分子构象变化的有效技术,表面等离子共振(SPR)技术能在保持生物分子天然活性的条件下实时检测分子间的相互作用。     

界面蛋白质分子结构与动力学的和频振动光谱研究

蛋白质与界面相互作用是自然界中一种非常普遍但又十分复杂的现象,其在物理、生物技术、化学工程、药物、环境科学等诸多领域中发挥着极其重要的作用。生物膜界面蛋白质的错误折叠引起的功能障碍与许多疾病的发生和发展直接相关。原位、实时、精确地表征界面蛋白质分子构象变化与动力学行为是揭示界面蛋白质功能的核心,对阐明与蛋白质聚集相关的神经退化型疾病的发生和发展机理非常重要。但目前对其结构与动力学的了解相当匮乏,蛋白质折叠仍是分子生物学中心法则中至今尚未解决的一个重大生物学问题。这主要是因为其表征技术不仅要求具有足够高的结构分辨度和时间分辨度,还需满足时间、空间、活体、非介入性等要求,但同时满足这些要求的技术甚少。而和频振动光谱是一种可以在分子层次上探测界面蛋白质分子结构与动力学的表征方法。本文详细介绍了和频振动光谱技术在界面蛋白质结构与动力学表征方面的应用。通过原位实时探测不同蛋白质骨架振动的酰胺Ⅰ,酰胺Ⅲ与酰胺A谱带,可以实现界面蛋白质分子结构、构象变化与动力学特征的精确测量,进而揭示蛋白质–细胞膜相互作用、蛋白质–蛋白质相互作用、蛋白质聚集的分子机理。本综述将为人们研究复杂界面体系物理与化学问题提供新的思路。     

自诱导因子扩散触发群体感应时空变化的SERS响应

细菌通过产生、分泌和接收自诱导因子(AIs)来评估种群密度和调控基因表达,这种细菌与细菌或细菌与环境间的互动为群体感应(QS)。无流体流动情况下,本研究用表面增强拉曼散射技术(SERS)探究AIs扩散与QS响应的时空变化。首先,利用马兰戈尼效应实现了油-水-油三相界面上金纳米颗粒(GNPs)的高效自组装,实现对受QS调控的细菌代谢产物紫色杆菌素、绿脓菌素的超灵敏原位分析。时空模式分析表明：尽管紫色杆菌CV026对不同浓度的信号分子C6-HSL扩散的化学响应距离不同,但响应时间却表现出高度的同步性,这明显不同于染料分子的自由扩散。此外,外源性信号分子C6-HSL形成的局部浓度效应影响紫色杆菌ATCC31532对群体种群密度的正确评估,从而导致紫色杆菌ATCC31532对外源性信号分子的负反馈调节。本研究表明SERS技术可对QS调控的细菌代谢产物的时空分布进行原位快速分析,在未来有潜力取代基于生物发光或荧光蛋白表达的传统方法。     

鸡肝脏谷胱甘肽转移酶的荧光光谱分析

谷胱甘肽转移酶是生物体内一种重要的解毒酶,排除外源和内源毒素,维护肌体的正常功能。文章从荧光角度研究了谷胱甘肽转移酶光谱性质,得到谷胱甘肽转移酶的三维荧光谱图,确定了色氨酸、酪氨酸的荧光峰,以及肽链骨架荧光峰。根据其峰位的红移或蓝移,以及在不同pH条件下氨基酸荧光峰强度、位置变化,推断谷胱甘肽转移酶构象变化以及色氨酸在酶分子中的位置。     

物理因素对磷脂酰胆碱单分子层影响的研究

利用LB技术,在不同的物理条件下对磷脂酰胆碱单分子成膜质量和分子的构象变化进行了研究,在此础上对磷脂酰胆碱和胆固醇组成的复合膜的相变过程进行了研究,利用AFM对磷脂酰胆碱分子LB膜的分子构象和二维排布进行了表征.研究结果表明,物理因素温度、pH、浓度及胆固醇对于气液界面上磷脂酰胆碱的分子构象的结构有较大的影响.通过选择合适的条件能够得到具有特殊形态和结构的磷脂酰胆碱LB膜.     

超支化聚合物组装体质子捕获能力的初步研究

用荧光光谱法研究超支化聚合物组装体的质子捕获能力,共三种组装体结构,HBPO-star-PDMAEMA胶束、BP囊泡(HBPO-star-PEO)和BPD囊泡(HBPO-star-PEO和HBPO-star-PDMAEMA共组装)。结果发现由于质子海绵型结构PDMAEMA的存在,HBPO-star-PDMAEMA胶束和BPD囊泡在叔胺质子化过程中,具有较强的质子捕获能力,而Pyranine包埋于BP囊泡内与其在水中的光谱随环境pH值变化无明显差异。因而,通过调节HBPO-star-PEO和HBPO-star-PDMAEMA的比例,我们可以制备得到一系列质子捕获能力的超支化聚合物囊泡。     

流场环境下复杂囊泡的动力学行为

采用非平衡态分子动力学方法研究了二维复杂囊泡在剪切流中的动力学行为. 模拟发现了复杂囊泡经典的翻滚(tumbling)、摇摆(trembling)和坦克履(tank-treading)行为, 还观察到由坦克履行为向平动行为(translating)的转变. 囊泡的平动行为与剪切率大小、复杂囊泡的形状密切相关. 当大囊泡均匀嫁接较多数目的小囊泡后, 其平动方式消失. 该研究有益于加深对囊泡在剪切流场中复杂性行为的理解.     

组织非特异性碱性磷酸酶活力的原位红外光谱检测

以孵育17天的小鸡胚胎中,富含组织非特异性碱性磷酸酶(TNAP)的细胞外微结构——基质囊泡(MVs)作为研究模型,利用焦磷酸盐(PPi)作为TNAP酶的天然底物,在近生理条件下,以红外(IR)光谱为监测工具,原位检测MVs水解PPi的反应过程,根据红外谱图特征吸收峰的变化,计算TNAP酶活力值。     

用发光法测定DnaJ类分子伴侣MRJ对虫荧光素酶体外重折叠的促进作用

蛋白质的折叠使新翻译合成的多肽变成有生物功能的空间结构，因此蛋白质折叠是后基因组时代的重要工作。而在由白质折叠过程中，必须依靠分子伴侣的相互作用，才能保证蛋白质折叠向正确的方向进行。MBJ是一类新发现的DnaJ类分子伴侣，已证实它有调节ATP酶活性和阻止多聚谷氨酰胺凝聚的作用。我们用胍变性的虫荧光素酶作为蛋白质恢复功能活性的分子模型，用生物发光法研究了MRJ对蛋白质重新折叠的作用，发现MRJ确实有促进变性虫荧光素酶重新折叠并恢复其催化活力的功能。而且这种过程需要另一类Hsp60和Hsp70的协助，而这三种分子伴侣组合在一起，功效最好。实验中还发现，MRJ对虫荧光素酶恢复的促进作用是与ATP密切相关的。发光分析是研究分子伴侣促进蛋白质折叠过程的一种灵敏、精确和快速的技术手段。     

蜂毒肽浓度和磷脂组分对巨囊泡泄露的影响

蜂毒肽作为一种广谱抗菌肽已经得到广泛认知,用蜂毒肽构建载药体系攻击癌细胞研究正在兴起.基于仿生物膜模型探索其破坏机理,可以避免潜在活性细胞过程的影响.在此,我们选用细胞尺寸的单层巨囊泡膜模型,可在光学显微镜下直接观察和操作,获得仿正常细胞膜和仿癌细胞膜在不同蜂毒肽浓度刺激下的响应.研究得出,低浓度蜂毒肽诱导囊泡泄露实验表明中性磷脂囊泡以孔模式为主泄露,负电性磷脂囊泡以爆裂模式为主泄露;高浓度蜂毒肽诱导囊泡泄露实验表明负电性磷脂相较于中性磷脂可延迟蜂毒肽作用效果;蜂毒肽色氨酸残基荧光光谱表明囊泡膜表面蜂毒肽吸附量以及泄露模式依赖于磷脂组分.此外,推断了蜂毒肽对不同组分磷脂膜的破坏作用模型.研究为蜂毒肽在肿瘤细胞的作用机制及其衍生物的优化设计提供参考.