3.0分辨率[L-Met]~(B0)牛胰岛素的晶体结构研究

基于[L-Met]_(BO)牛胰岛素(LMBBI)晶体的对称性和分子密堆积法的基本原理,确定了只使用一维的旋转和一维的平移即可确定分子在晶胞中的位置和取向的结构测定方案,依据此方案,使分子置换法的旋转函数的计算和用R因子搜索法精化旋转平移位置的计算大大简化。运用生物大分子刚体修正技术对模型进行了初步精化,用能量极小化的立体化学制约的最小二乘修正技术并辅以差值Fourier图人工分析对模型进行了调整和精化。在最终的电子密度图上,B链N端加长的L-Met在独立区两个分子中的表现比较清晰,相对于三方二锌猪胰岛素分子,B链N端的构象发生了较大的变化。     

去B链羧端七肽胰岛素晶体结构的测定

去B链羧端七肽胰岛素(DHPI)晶体中不对称单位合二个分子,空间群P2_12_12_1。运用Patterson搜索技术确定了二个分子在晶胞中的取向,联合运用平移函数和R因子搜索测定了两个分子各自在晶胞中的位置。运用生物大分子刚体最小二乘修正技术和能量极小化最小二乘制约修正精化分子的取向和位置后,在6分辨率晶体学R因子下降到0.384。初始Fourier图显示,与天然胰岛素分子相较,DHPI分子的B链N端(B1—B8)和C端(B20—B23)肽段的构象有剧列变化,但A,B链的三段螺旋及其相对配置大体保持。     

去七肽胰岛素(B24-30)晶体结构研究——单晶培养及晶体学参数测定

本文利用静止法在柠檬酸缓冲液中培养出可供X-射线结构分析用的去B链羧端七肽(B24—30)胰岛素单晶。晶体衍射分辨率不小于2埃。晶体学参数测定结果为正交晶系,空间群P2_12_12_1,每个结晶学不对称单位含两个去七肽胰岛素分子。     

去B链N端二肽(B_(1—2))猪胰岛素晶体结构的研究——单晶培养及X射线晶体学的分析

利用微量过饱和静置法,在柠檬酸缓冲液中培养出可供X射线结构分析用的去B链N端二肽(B_(1-2))猪胰岛素单晶。晶体衍射分辨率达到4.0A以上。晶体属于立方晶系,a=97.43A,空间群为P4_132(或P4_332),每个结晶学不对称单位含两个或三个去B链N端二肽(B_(1-2))猪胰岛素分子。本文对单位晶胞内六聚体之间和二聚体之间可能的堆积方式进行了讨论。     

胰岛素单体的结构特征及其运动方式

运用最小二乘叠合技术及图象显示技术对已测定的不同种属和不同晶型的胰岛素及各种胰岛素衍生物空间结构进行了广泛的构象比较.研究结果表明:二锌胰岛素分子Ⅰ更接近于天然单体的结构;二体内两个分子之间的构象差异发生在二体形成过程中,并在六体形成及六体堆积过程中完善和稳定;通过一些铰链肽A10,B4,B8,B24,B20及B23,胰岛素分子内各结构片段之间具有较灵活的相对运动,羧端残基可能移动大于10A;由于所处的环境不同,各残基侧链的运动性差别很大.     

B链羧端去三肽(B28～B30)胰岛素晶体结构

采用悬滴气相扩散法，获得了Ｂ链羧端去三肽胰岛素３种晶型的单晶体，其中 晶型１属于Ｐ２_1空间群，晶胞参数为ａ＝４．７７ ｎｍ，ｂ＝６．１９ ｎｍ，ｃ＝６．１２ ｎｍ，β＝１１０．３°；晶 型２属于Ｐ４_１２２或Ｐ４_３２２空间群，晶胞参数为ａ＝ ６．４５ ｎｍ， ｃ＝ １２．０７ ｎｍ；晶型３属于 Ｐ２_１２_１２_１空间群，晶胞参数为 ａ＝ ４．９８ ｎｍ， ｂ＝ ５．１６ ｎｍ， ｃ＝ １０．０６ ｎｍ．采用分子置换法， 测定并精化了 Ｂ链羧端去三肽胰岛素晶型１的 ０．２３ ｎｍ分辨率晶体结构．最终模型的 Ｒ 因子为１８．８％，键长和键角与标准键长和键角的均方根偏差分别为０．００１５ ｎｍ和３．３°． 晶体结构的结果表明， Ｂ链羧瑞去三肽胰岛素失去了对缔合有重要作用的 Ｂ２８ Ｐｒｏ后， 虽然仍能形成六聚体，但表现出比天然胰岛素更易解聚的结构变化。     

1.9分辨率(D-Ala)~(B_0)猪胰岛素晶体结构的研究

本文应用差值Fourier技术和制约立体化学参数最小二乘技术以二锌猪胰岛素模型为起点测定了1.9分辨率的(D-Ala)~(B0)猪胰岛素晶体结构,R因子为0.211,键长均方差为0.057。B_0残基的电子密度表现清晰。B_0的引入降低了B链N端肽段构象的运动性,使分子在晶体中的堆积更加紧密。(D-Ala)~(B0)猪胰岛素和二锌猪胰岛素结构的主要差异在于分子可能的受体结合表面中部分极性基团的构象和分子IA链两段螺旋的组装。(D-Ala)~(B0)猪胰岛素B链N端晶体学微环境与(Trp)~(B1)猪胰岛素和去B_1牛胰岛素有很大的差异。本文还简单地讨论了胰岛素分子结构与免疫功能的关系。     

[Trp]~(B1)胰岛素的2分辨率结构

用2分辨率强度数据,以三方二锌猪胰岛素分子的原子坐标为初始模型,应用约束最小二乘方法对[Trp]~(B1)猪胰岛素结构进行了晶体学修正,R值下降到0.24。同三方二锌胰岛素相比,原来呈近似二重对称的两个独立分子的结构发生了不对称的变化。明显的构象变化产生在分子IB链N端和邻近残基A13的区域。     

白鲢鱼胰岛素的晶体结构测定

本文继用旋转函数方法对白鲢鱼胰岛素分子在P2_12_12_1晶胞中的取向分析之后,以已知的二锌猪胰岛素分子为模型,应用平移函数及R因子搜索方法,确定了白鲢鱼胰岛素六聚体在晶胞中的位置。在这样得到的模型晶胞中,分子的堆积合理。利用现有的3.5衍射数据,对该模型进行了初步的约束参数最小二乘修正。用修正过的原子参数算得的电子密度图上,未投入修正的多肽链片段有相应的表现。     

2.4分辨率去五肽胰岛素结构的X射线研究——DPI分子及其同胰岛素的关系

本文描述了单体胰岛素类似物去五肽(B26—B30)胰岛素的结构。同三方二锌胰岛素结构的详细比较说明,DPI虽然在结构上有一些大的改变,但是基本的二级结构单位仍然完整地保持着。像胰岛素的其他晶形那样,DPI结构比较接近于二锌胰岛素结构中的分子Ⅰ。除了结构表面的改变之外,在分子中心还有一些微妙和广泛的改变。分子在晶体中紧密地堆积,有着许多不同的接触,包括蛋白质-镉相互作用的复合网及大量以水为媒介的接触。分子表面大批疏水基团绕蛋白质群集而成一厚带。晶体结构具有良好的有序性,某些侧链的清晰度和水分子的确定性优于在更具活动性的三方二锌胰岛素六体晶体所得的结果。     

去B链羧端六肽(B25—30)胰岛素初步结晶学研究

去B链羧端六肽(B25—30)胰岛索,采用悬挂液滴气相扩散法,在柠檬酸纳缓冲液pH 5.8;含有丙酮和氯化钠体系中,获得可供X射线晶体结构分析用的单晶体,其衍射分辨率在1.5以上,晶体外形为三角形。属于单斜晶系,空间群为C2,晶胞参数为α=42.60,b=37.87,c=27.118,β=125.35°。其结构分析工作正在进行中。     

胰岛素的闪光光解研究

本文给出胰岛素和去B链羧端五肽胰岛素(DPI)紫外光解的原初产物的瞬态吸收光谱,并与游离态酪氨酸进行比较.光谱的远紫外区(<300毫微米)未见有过报道.胰岛素和DPI的原初光产物主要是对位α-氨基丙酸苯氧自由基(λ_(max)=410,390毫微米)和另一种未知自由基(λ_(max)=270毫微米),它们的产额与酪氨酸残基酚环上羟基的解离率平行对应,而解离率又依赖于残基的暴露程度.实验测定了胰岛素和DPI光解产生苯氧型自由基的量子产额并与游离态酪氨酸比较,给出了这两种蛋白质分子中光易变的酪氨酸残基数,这个光易变性参数将为胰岛素和DPI分子中酪氨酸残基的暴露情况提供较定量的信息。     

胰岛素分子与其受体结合的可能机制

以最小二乘叠合技术和图象显示技术对DPI、二锌胰岛素及其他一些衍生物结构进行了深入的比较和分析,确认与受体分子的结合相互作用是发生在胰岛素分子的一个两性表面上,其中部是由许多疏水残基构成的面积约150~2的疏水表面,而一些极性基团在其周围构成亲水带区。疏水表面通常被运动性很大的B链羧端肽段所覆盖,不受极性溶剂分子的干扰。两性表面在方位上与分子在二体中的缔合面构成约20°的夹角。Al-L-Trp胰岛素及Al-D-Trp胰岛素结构详细的比较结果,既很好地解释了两者在生物活性上的显著差异,又进一步确认了我们所提出的胰岛素分子与其受体结合的作用模型。     

1.5分辨率去五肽(B26—30)胰岛素晶体中的水结构

本文报道1.5分辨率去五肽(B 26—30)胰岛素晶体中的水结构。根据扩充F_0的最后的(2F_o—F_c)Fourier图的检验,所讨论的水模型包括81个水分子(电子密度>0.4 e/~3),约占晶体溶剂的三分之二。以2.4—3.2为氢键范围,51个水分子同蛋白质原子成氢键,占水的63％,其中有12个以单水桥接相邻蛋白质分子,更多的以双水桥接相邻蛋白质分子。在蛋白质分子间的一长狭缝中有一个紧凑的水网,两头两个Cd原子通过三个水分子(配位体)像木桩一样支撑着这个水网,表明Cd原子和水网在分子密堆积中的重要作用。     

长效胰岛素研究——2分辨率Arg-B31人胰岛素晶体结构测定

本文运用X射线分析技术,在2分辨率测定了Arg-B31-人胰岛素(ABHI)四锌晶型的晶体结构,最后的晶体学R因子为0.189,模型的平均键长偏差为0.018。精化后的结构模型显示,ABHI分子B链羧端构象比天然分子更加稳定,在二聚体内,分子Ⅰ的Arg-B31与分子Ⅱ的Glu-B21之间形成一对新的侧链间离子键,从而在ABHI六聚体表面增加了三对由相邻分子间形成的次级键。ABHI是一种长效胰岛素,上述结构特征揭示了其长效性的主要结构基础:由于Arg-B31的引入使ABHI六聚体增加了三对离子键,从而使其解聚成单体的速率减慢,在体内形成一个持续供应“库”。由此,作用时效得以延长,产生长效特征。这一实验结果证实了作者关于“增加次级键,稳化寡聚体”以产生长效胰岛素的分子设计原理的正确性,以及通过模型拟合和能量优化对ABHI主要结构特征的预测。     

含氟聚合物分子链的构象和柔顺性

通过对含氟聚合物分子链内旋转构象的分析,发现含氟聚合物与其它结构类型的聚合物一样,其玻璃化转变温度Tg与分子链横截面积A和分子链内旋转让阻因子σ之间的关系遵循同样的规律^[1,2]。建议用Tg=973(σ-1.44)来计算含氟聚合物的分子链内旋转位阻因子。内旋转位阻因子相同时,含氟聚合物的玻璃化转变温度较其它结构类型的聚合物为高(图2),可归结为含氟聚合物分子链的紧密堆积。     

用细菌合成人胰岛素链

这是用化学合成的人工基因在遗传工程研究中取得成功的第二个实例。实验设计的原理和步骤与第一个实例即生长激素释放抑制因子(Somatostatin)的完全相同(见本刊1978年第4期第147页):先用有机化学方法分别合成人工胰岛素的A链、B链的结构基因,然后用一系列DNA重组技术分别连接到大肠杆菌质粒上,这些质粒含有产生β-半乳糖苷酶的乳糖操纵子。当这些质粒转化至大肠杆菌以后,就可以使A、B链的结构基团都在乳糖操纵子调控系统下得到表达合成分别含有A链、B链的多肽分子,用溴化氰处理这些多肽链可以将A链、B链从β-台乳糖苷酶链上切除下来,A链、B链再分别纯化的。最后象我们在人工合成胰岛素工作中一样,将A链、B链通过二硫键联结成完整的胰岛素分子。迄今遗传工程在实际应用领域中所取得的这二个辉煌成果都是借助于有机合成的人工基因,这一事实对我们有机化学工作者是值得引起重视的。     

白鲢鱼胰岛素的晶体学研究

本实验获得了白鲢鱼胰岛素的单晶体并收集了2.8A分辨率的强度数据.确定晶体所属空间群为 P2_12_12_1,晶胞参数是a=96.73(8)A,b=57.74(7)A,c=53.88(9)A.每个不对称单位含有6个胰岛素分子.用旋转函数法揭示出非晶体学三重轴和二重轴的取向,并说明了白鲢鱼胰岛素具有与三方二锌猪胰岛素相似的空间结构和聚合状态.本文讨论了一级结构的变化对胰岛素的结晶行为和堆积方式的影响。     

高分子熔体的空间密度关联

利用分子动力学模拟方法,以不同链结构的高分子熔体为对象,研究了高分子熔体的空间密度关联.链节的局域结构性质通过Voronoi分割方法得到.结果表明,链端链节的平均局域体积更大,运动能力也更强;不同构造及链不同部位链节的局域体积大小具有统一的分布规律,表明在链节尺度上,熔体具有相似的无定形结构.通过局域体积来划分疏堆积和密堆积链节,2种链节均倾向于形成团簇.疏堆积链节形成的团簇更大,并且团簇大小的温度依赖性也更显著.模拟结果表明疏堆积链节的空间关联更强.     

绿豆胰蛋白酶抑制剂Lys活力片段-牛胰蛋白酶复合物的晶体结构测定——分子置换法及3分辨率电子云密度图

本文以修正过的牛胰蛋白酶分子的坐标为模型,应用旋转函数法和平移函数法成功地求得了牛胰蛋白酶分子在绿豆胰蛋白酶抑制剂Lys活力片段(以下简称MBILF)-牛胰蛋白酶(以下简称BTRY)复合物晶体晶胞中的取向和位置。从正确放置于MBILF-BTRY复合物晶胞中的BTRY分子的坐标出发,用Sim权重方法算得的一套相角作为MBILF-BTRY复合物的相角,以2丨F_0|—丨F_(?)丨为系数所得到的3分辨率的电子密度图中,除了投入计算的BTRY分子本身的电子密度外,在BTRY的活性部位附近可以清晰地看到MBILF分子所对应的电子密度及其边界,抑制剂片段的线度约为15×15×25。