用核磁共振方法研究金属离子与蛋白质的相互作用

许多蛋白质含有金属离子,金属离子对蛋白质发挥生物学功能起着很大的作用. 金属离子与蛋白质的相互作用以及参与蛋白质功能调节的方式各种各样：有些金属离子高度专一性地与蛋白质紧密结合,对蛋白质发挥生物学功能起着关键性的作用;有些金属离子只是作为蛋白质发挥功能的辅助因子而瞬态地与蛋白质松散结合. 本文简要介绍目前国际上用NMR方法研究抗磁金属离子和顺磁金属离子与蛋白质相互作用的进展,并具体介绍了NMR方法在钙调蛋白、锌指蛋白、朊病毒蛋白等金属离子蛋白研究上的应用.     

改写生命密码

 利用基因工程设计生命体以获取蛋白质,需要编辑自然界的标准遗传密码--以字母C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)、A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)表示--这个过程漫长复杂、代价高昂。美国耶鲁大学的艾萨克(Farren Isaacs)和同事找到一种方法,可以随心所欲地编辑遗传密码。
在DNA 中,每三个密码子组成一个基因。TAG或TAA 表示“停止”,其他组合则表达为各种氨基酸。研究者将酵母菌株中的TAG 替换为TAA,移除TAG 密码子后,他们有效地空出位置以容纳表达氨基酸(化学家制造出的几千种“非自然”氨基酸)的密码子,这就可以生产前所未有的蛋白质。这种方法可以构造非常奇异的生命体,对各种病毒均具有免疫力,而且不会与自然的生命体发生杂交现象。     

能确定大分子形状范围的软件

 就像初学瑜珈的人不能将动作做到位一样,一些分子也不能弯曲到合适的位置。化学键和疏水相互作用会锁定蛋白质或其他高分子的某个片断,防止其弯曲或旋转。研究者利用亚利桑纳大学生物物理学家迈克尔·索普(MichaelThorpe)的程序FIRST能够跟踪柔性和刚性的分子片断。这一免费软件不预测蛋白质或DNA链将如何折叠,而是能很快确定其可能的形状范围。这一信息有助于研究蛋白质是怎样与药物结合的,以及病毒的蛋白质外壳是如何形成的。     

原核表达过程中非目标蛋白质识别与确认的方法:NRSF/REST蛋白功能结构域ZnF2-8原核表达过程中β-内酰胺酶的确认

大肠杆菌常被用来大量快速制备重组蛋白质。但是,在原核表达目标蛋白质时非目标蛋白质经常会意外表达。有时这些非目标蛋白质也非常有使用价值,但是最终确认这些非目标蛋白质的过程昂贵又及其耗时。基于此,该文发展了一个新的基于二维核磁共振波谱技术、X-单晶衍射技术、结合其他生物化学方法,确认在原核表达神经限制性沉默因子 NRSF/REST 蛋白（该蛋白能够特异性识别神经限制性沉默因子 RE1 dsDNA及神经限制性激活因子dsRNA,以调节神经元干细胞的发育）功能结构域ZnF2-8时非目标蛋白b-内酰胺酶(b-lactamase)。     

原核表达过程中非目标蛋白质识别与确认的方法:NRSF/REST蛋白功能结构域ZnF2-8原核表达过程中β-内酰胺酶的确认（英文）

大肠杆菌常被用来大量快速制备重组蛋白质.但是,在原核表达目标蛋白质时非目标蛋白质经常会意外表达.有时这些非目标蛋白质也非常有使用价值,但是最终确认这些非目标蛋白质的过程昂贵又及其耗时.基于此,该文发展了一个新的基于二维核磁共振波谱技术、X-单晶衍射技术、结合其他生物化学方法,确认在原核表达神经限制性沉默因子NRSF/REST蛋白(该蛋白能够特异性识别神经限制性沉默因子RE1ds DNA及神经限制性激活因子ds RNA,以调节神经元干细胞的发育)功能结构域Zn F2-8时非目标蛋白β-内酰胺酶(β-lactamase).     

科学家为了寻找抗体和药物把新冠病毒棘突蛋白谱成音乐

正你可能看过几十张这种新冠病毒的图片,数以十万计的人因此丧生。现在,科学家们找到了一种能让你听到它的办法,通过把它著名的棘突蛋白(spike protein)结构翻译成音乐。你听到的声音——钟鸣声、拨弦声、欢快的笛声——都代表了病毒表面棘突蛋白的不同方面,这些棘突蛋白有助于病毒附着在毫无戒心的细胞上。就像所有蛋白质一样,这些棘突蛋白也由氨基酸组成。使     

“基本粒子”物理学的发展与展望

人类的历史,就是一个不断地从必然王国向自由王国发展的历史.这个历史永远不会完结.在有阶级存在的社会内,阶级斗争不会完结.在无阶级存在的社会内,新与旧、正确与错误之间的斗争永远不会完结.在生产斗争和科学实验范围内,人类总是不断发展的,自然界也总是不断发展的,永远不会停止在一个水平上.因此,人类总得不断地总结经验,有所发现,有所发明,有所创造,有所前进.停止的论点,悲观的论点,无所作为和骄傲自满的论点,都是错误的.其所以是错误,因为这些论点,不符合大约一百万年以来人类社会发展的历史事实,也不符合迄今为止我们所知道的自然界(例如天体史,地球史,生物史,其他各种自然科学史所反映的自然界)的历史事实.     

33 Hz脉冲电场辐照对胰岛素淀粉样变性的影响

蛋白质结构失稳后会发生错误折叠、集聚或纤维化,不仅丧失正常功能,有时甚至会产生生物毒性,导致相关疾病。纤维化了的蛋白质是神经退行性疾病以及二型糖尿病等的主要诱因,它在溶液中具有和淀粉类似的特性,因此蛋白质的纤维化又被称为淀粉样变性。电磁辐射是引起蛋白质结构失稳的一个常见因素。经电场辐照后,蛋白质会发生去折叠和集聚,改变自发折叠机制。同时,经受电场辐照的扰动而失稳的蛋白质,纤维化过程也会受到一定的影响。以胰岛素为研究对象,利用硫磺素T(ThT)染色的荧光光谱法、透射电子显微镜(TEM)以及圆二色谱(CD)法,分别从纤维化的宏观动力学过程、成熟纤维丝微观形貌以及原纤维二级结构组成等不同角度,探究经33 Hz脉冲电场(PEF)不同电场强度及不同持续时间辐照后蛋白质在体外淀粉样变性机制的变化情况。结果表明,胰岛素溶液经过33 Hz PEF辐照后,淀粉样变性初期产生前体蛋白的成核期延长,原纤维丝聚集延长过程(即中间产物的寿命)缩短,形成的成熟纤维丝长度变短且整齐成簇无分支。这些效应随着辐照电场强度和辐照时间的增加而有不同程度的加强。研究结果一致说明PEF辐照对胰岛素的淀粉样变性有一定的抑制作用。     

新发现接通了基因组调控的一条逻辑链

生物学一条被勘察了无数次的信号通路可能还藏有不为人知的功能:防止蛋白生产线出现瓶颈效应。大肠杆菌需摄入含碳丰富的养分才能生长,并按照固定的顺序选择碳源。例如,当葡萄糖充足时,它就会停止合成用来运输和分解其他碳源(如乳糖或麦芽糖)的酶。20世纪40年代,剑桥大学生化学家Helen Epps和Ernest Gale观察到此现象,并将它命名为葡萄糖效应。现在知道其他糖类也能触发类似的响应,它们被统称为分解代谢抑制效应。     

生物软物质研究的新进展

文章对近年来中科院物理研究所软物质物理实验室生物软物质研究的部分新进展做一简略介绍,包括DNA单分子研究,DNA与组蛋白的相互作用动力学研究,生物分子马达的运动机制研究,解旋酶与DNA的结合以及解旋DNA的动力学研究,朊病毒片段聚集的分子动力学研究,蛋白质折叠动力学的脉冲升温-时间分辨光谱研究,光合细菌外周捕光天线膜蛋白的拓扑结构研究等.     

高压处理后大豆分离蛋白溶解性和流变特性的变化及其机理

 对高压处理后大豆分离蛋白溶解性和流变特性的变化及其机理进行了研究。经400 MPa、15 min高压处理使低浓度大豆分离蛋白溶液中蛋白质溶解性的提高最为显著。高压处理使大豆分离蛋白溶液的表观粘度增加,其贮藏模量G'和损耗模量G'也随着处理压力的提高而增大。扫描电镜观察和凝胶电泳的结果都显示,在低于400 MPa高压处理后大豆分离蛋白分子发生一定程度的解聚和伸展,蛋白质颗粒减小,溶液中蛋白质的体积分数增加。而红外光谱分析表明,高压处理后蛋白质电荷分布加强。高压处理后大豆分离蛋白分子结构上的改变是导致其有关理化性质变化的原因。     

光镊与差动共焦显示术整合系统在蛋白质弹性研究中的应用

由于光镊对被操纵物的轴向位移检测技术发展并未不成熟,因此引入差动共焦显微术与光镊相结合,并以肌凝蛋白与肌动蛋白为样本,测量蛋白质对微球在缓冲液中自然扰动的影响。结果表明,微球在蛋白质环境中有较大的扰动现象,但此扰动在肌凝蛋白-肌动蛋白的结合影响下随轴向抬升而明显降低。此外,还即时检测到肌凝蛋白-肌动蛋白的结合会延迟微球的轴向运动的特性。本系统的动态测量范围可达3μm以上,结合其纳米解析度,适合应用于蛋白质的弹性研究中。     

极化蛋白专一性电荷在HIV-1蛋白酶-抑制剂结合自由能预测中的应用

对人类免疫缺陷病毒（HIV-1）蛋白酶-抑制剂复合物分别在AMBER力场及极化专一性蛋白电荷（PPC）下进行10 ns的分子动力学模拟（MD）,并用MM/PBSA方法计算结合自由能.PPC是基于线性标度的量子力学计算的静电势拟合的蛋白质电荷,能够更准确地描述蛋白质所处的静电环境.结果表明：PPC电荷计算的结合自由能比AMBER力场计算的结合自由能更接近实验值.     

基于深度学习的冠状病毒刺突蛋白拉曼特征峰的理论研究

持续一年的新冠疫情对全球的经济造成了巨大破坏,为了有效控制新冠疫情,快速检测新冠病毒(SARS-CoV-2)是一个急需解决的问题。新冠病毒的刺突蛋白（spikeprotein）是拉曼光谱技术检测新冠病毒的检测点,构建刺突蛋白拉曼特征峰模型对于发展拉曼检测技术快速检测新冠病毒具有重要作用。基于简化的激子模型,利用深度神经网络技术,构建了刺突蛋白的酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰模型,并结合已知可以感染人类的七种冠状病毒（HCoV-229E,HCoV-HKU1,HCoV-NL63,HCoV-OC43,MERS-CoV,SARS-CoV和SARS-CoV-2）刺突蛋白的实验结构,分析了七种冠状病毒刺突蛋白酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰的区别。计算结果表明,七种冠状病毒可以根据毒刺突蛋白的酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰划分为四个组：SARS-CoV-2,SARS-CoV,MERS-CoV形成一个组;HCoV-HKU1,HCoV-NL63形成一个组;HCoV-229E和HCoV-OC43各自独立形成一个组。相同组的冠状病毒刺突蛋白酰胺Ⅰ、Ⅲ峰频率较为接近,通过酰胺Ⅰ、Ⅲ峰的频率较难区分刺突蛋白;不同组的冠状病毒刺突蛋白酰胺Ⅰ、Ⅲ特征峰差异较大,刺突蛋白可以通过拉曼技术区分开来。该结果为发展拉曼检测技术快速检测新冠病毒提供了定性判断的理论依据。     

蛋白质分子核磁共振谱峰的特性及其化学位移归属

尽可能完全、准确地归属蛋白质分子的核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）谱峰,是解析可信赖、高质量的蛋白质三维空间溶液结构的首要条件．自动归属软件的开发和应用,已经方便并加快了蛋白质分子核磁共振谱峰的归属进程．然而,对蛋白质核磁共振研究领域的新手来说,因为缺乏对蛋白质分子的核磁共振谱峰特性的系统认识而可能发生对自动归属结果的错误指认或指认不完全,从而导致蛋白质结构解析的错误或偏差．该文针对蛋白质分子中的核磁共振谱峰特性,比如同位素效应和立体异构等,结合具体的蛋白质分子的核磁共振实验图谱,进行了较为详尽的论述,期望对从事蛋白质核磁共振的研究者在理解蛋白质分子的核磁共振谱峰特性及其归属方面有所裨益．     

超高压对蛋白质的影响

在现有的超高压对蛋白质影响研究的基础上,详细地总结了超高压对蛋白质的分子体积、非共价键和分子结构的影响。在超高压作用下,蛋白质的分子体积被压缩变小;压力通过改变蛋白质分子的氢键、离子键、水合作用和疏水相互作用来影响蛋白质结构;低于800MPa的压力会造成蛋白质分子的二级、三级和四级结构的改变,其中四级结构对压力最敏感,三级结构次之,二级结构的改变较小;高于8GPa的压力会影响蛋白质分子的一级结构。     

光镊与差动共焦显示术整合系统在蛋白质弹性研究中的应用

由于光镊对被操纵物的轴向位移检测技术尚不成熟,因此引入差动共焦显微术与光镊相结合,并以肌凝蛋白与肌动蛋白为样本,测量蛋白质对微球在缓冲液中自然扰动的影响.结果表明,微球在蛋白质环境中有较大的扰动现象,但此扰动在肌凝蛋白-肌动蛋白的结合影响下随轴向抬升而明显降低.此外,还即时检测到肌凝蛋白-肌动蛋白的结合会延迟微球的轴向运动的特性.本系统的动态测量范围可达3μm以上,结合其纳米解析度,适合应用于蛋白质的弹性研究中.     

蛋白质基忆阻器研究进展

忆阻器作为一种可实现高密度、多功能、低功耗、多级数据存储的新型电子元器件,为电路结构设计、信息存储理论及突触仿生模拟等领域带来了重大变革.在广泛的忆阻器种类中,蛋白质基忆阻器由于具有结构可控降解、原料丰富低廉、生物兼容等优势,在可植入计算、人机交互、人机结合等前沿信息技术领域有着其他材料基忆阻器无可比拟的天然优势,因此被视为是构建下一代高科技信息电子产品最具潜力的候选者.本文归纳了近期蛋白质基忆阻器的研究进展,首先总结了部分蛋白质的研究进展,包含被广泛研究的鸡蛋白蛋白及性能优越的人工重组蛋白等,然后进一步介绍了蚕丝蛋白基忆阻器的研究历程,详细介绍了功能化策略所带给蚕丝蛋白基介观忆阻器的性能提升,并分析了功能化蚕丝蛋白结构与性能之间的构效关系.最后对蛋白质基忆阻器性能进行了综合分析,并展望了该生物电子器件的未来发展契机.     

基于叶片及冠层叶绿素参数的冬小麦籽粒蛋白质含量预测研究

小麦籽粒蛋白质含量是衡量小麦营养品质的重要指标,实现小麦品质快速的预测预报对于粮食收购部门和加工企业具有重要意义。研究基于作物叶绿素/氮素速测仪SPAD及Multiplex 3,获取冬小麦不同生育期叶片及冠层叶绿素参数,从小麦个体及群体参量两方面进行冬小麦收获期籽粒蛋白质含量及蛋白产量的预测研究。试验于2012年4—6月在国家精准农业研究示范基地开展,研究结果表明,冬小麦返青至灌浆初期,小麦冠层氮素密度与籽粒蛋白质含量的相关性优于叶片氮素含量与蛋白质含量的相关性,灌浆中期两者与籽粒蛋白质含量相关性差别不大;小麦叶片SPAD值与叶片氮素含量相关性总体优于其与冠层氮素密度的相关性,而叶绿素荧光参数SFR_G, SFR_R与冠层氮素密度的相关性优于其与叶片氮素含量的相关性;叶片SPAD与籽粒蛋白质含量的相关性在拔节期最弱,在灌浆中期最强,小麦冠层叶绿素荧光参数SFR_G, SFR_R与籽粒蛋白质含量相关性在返青至拔节期不显著,但孕穗期开始显著相关,在灌浆中期相关性最强且明显优于同期叶片SPAD与籽粒蛋白质含量的相关性;冬小麦籽粒蛋白产量与叶片SPAD值在小麦孕穗期至灌浆期显著相关,与SFR_G和SFR_R在小麦灌浆期显著相关;研究基于灌浆中期SPAD值及SFR_R值,构建了冬小麦籽粒蛋白质含量及籽粒蛋白产量的预测模型,其中,籽粒蛋白质含量预测模型复相关指数分别为0.426和0.497,模型标准误差分别为0.060%和0.055%,籽粒蛋白产量预测模型复相关指数分别为0.366和0.386,模型标准误差分别为125.367和123.454 kg·ha-1。研究表明,利用叶片SPAD值及冠层叶绿素荧光信息,在小麦收获前进行品质的快速预测是可行的。     

基于光谱技术分析不同还原糖对Ara h2糖基化反应的影响

糖基化反应能诱导食品中蛋白质的结构发生改变;Ara h2是花生中的主要蛋白组分之一,可以作为一种模式蛋白研究花生蛋白糖基化产物的结构变化。不同还原糖对Ara h2糖基化反应的影响目前未见相关报道。以花生蛋白Ara h2为研究对象,通过SDS-PAGE、内源荧光、同步荧光、紫外、圆二色谱、红外等光谱技术研究Ara h2糖基化前后分子量、二级、三级结构以及官能团的变化,分析六种还原糖(核糖、木糖、半乳糖、葡萄糖、果糖、乳糖)对花生蛋白Ara h2糖基化产物结构的影响,阐明经不同还原糖修饰后花生蛋白Ara h2的结构变化。SDS-PAGE电泳表明木糖和核糖修饰的花生蛋白Ara h2电泳条带明显上移,糖基化程度最大;紫外光谱分析表明糖基化反应会改变花生蛋白Ara h2的吸收峰强度。五碳糖修饰的花生蛋白Ara h2具有最强的吸收强度,其中五碳糖中木糖的吸收峰强度最大;内源荧光、同步荧光和三维光谱实验结果表明,糖基化修饰会使花生蛋白Ara h2的荧光强度降低,且五碳糖修饰的Ara h2荧光强度最低。分析认为由于糖基化修饰使花生蛋白Ara h2的结构展开,导致芳香族氨基酸暴露在水环境中,从而引起荧光...