生物模拟转氨反应在蛋白质修饰中的应用

作为化学生物学研究的重要方向,生物正交反应的发展与应用为生命科学研究提供了有力武器.利用生物正交反应,人们可以将合成分子与目标天然大分子在特定位点上实现特异性连接,进而达成诸如标记、定位、功能化、固定等一系列目标.生物模拟转氨反应及其衍生反应是一类特异性蛋白质N端修饰的生物正交反应,与天然蛋白侧链、C端的连接反应相互补充.由于该反应具有高效性、通用性、温和性及不需要引入突变或非天然氨基酸等优点,从发现以来已较为广泛地运用于蛋白质化学生物学的多个相关领域.在介绍其基本原理及反应优化的基础上,综述该类反应的发展及应用情况.     

荧光蛋白结构改造及其生物传感应用

荧光蛋白自发现以来, 因其具有基因编码、 可以自主发出稳健荧光的特点, 在生命科学领域中发挥着重要作用. 随着对荧光蛋白的结构和功能有了更清晰的认识, 在蛋白质工程技术和有机合成迅速发展的基础上, 科研工作者可以对荧光蛋白的结构进行设计改造和模拟, 赋予其新的性质和功能, 扩宽其在生物传感、 生物成像等生命领域的应用. 本文以绿色荧光蛋白的结构改造为主线, 从局部结构改变、 桶状结构重构和表面重构等不同层面阐述了荧光蛋白结构改造的方法以及荧光蛋白模拟物的研究进展, 并介绍了这些荧光蛋白及其模拟物在生物领域的代表性应用.     

聚合物蛋白质类药物单分子修饰的发展和展望

随着基因组学、生物化学、分子生物学及多肽合成等科学技术的发展,蛋白质及多肽药物已成为跨国医药企业竞相争夺未来生物医药领域的一个制高点。但是蛋白质类药物的临床应用受到了其理化及生物特性的种种限制,为了改善治疗效果,近年来聚合物修饰的蛋白质类药物有了长足的发展。本文着重回顾了蛋白质类药物聚乙二醇修饰的发展和现状,以及由此获得的优点和局限性;同时介绍了其它新型生物相容性聚合物蛋白质类药物修饰的最新研究进展,探讨了蛋白质类药物的"后聚乙二醇修饰"时代的可能方向和应用前景。     

生物可降解超支化聚合物的研究进展

近年来,随着聚合物材料和生物医药交叉领域的发展,生物可降解聚合物得到了广泛关注.其中,生物可降解超支化聚合物具有独特的三维拓扑结构、大的内部空腔、众多的活性末端基团以及良好生物相容性和可降解性等特点,在生物医学领域包括药物/造影剂输送、基因转染、蛋白质纯化/检测/输送、抗菌、组织工程等领域都展现出很大的应用前景.本文主要从水解、酶解和刺激降解的降解机理出发,详细综述了近年来生物可降解超支化聚合物的研究进展,并简单介绍了它们在疾病治疗中的应用.     

基于非天然氨基酸的蛋白质生物正交标记

生物正交化学反应正日益成为在活体内对生物大分子进行特异标记的一种有效方法. 最近涌现出的一个突出的例子是将金属钯催化的碳碳偶联反应这一在有机合成领域具有里程碑意义的反应拓展到生物大分子的标记上. 在活细胞上进行生物正交反应的一个先决条件是需要将参与这类反应的正交官能团特异地引入到目标生物大分子当中. 遗传密码子拓展技术是将多种生物正交活性基团引入到蛋白质当中的一种先进的手段; 最近发展出的基于吡咯赖氨酸氨酰合成酶和tRNA的体系能够将携带有生物正交官能团的非天然氨基酸有效地引入到原核生物、真核生物, 甚至是动物体内的蛋白质上. 在这一展望中, 我们首先介绍在生物正交反应和遗传密码子拓展这两个领域内的研究前沿与进展. 接着我们将讨论将这些新发展的研究工具, 尤其是基于钯催化的生物正交反应和基于吡咯赖氨酸氨酰合成酶的遗传密码子拓展技术, 应用于标记和修饰哺乳动物细胞蛋白质上的优势和诱人前景. 生物相兼容性更好的正交反应和更为灵活的非天然氨基酸引入技术必将有力地增强和拓宽人们在活细胞环境下特异操纵蛋白质的能力.     

水凝胶纳米粒及其在生物医药领域的应用

作为环境响应性和纳米控释给药系统，水凝胶纳米粒主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的多肽类、蛋白质等生物大分子药物的给药，在生物医药领域具有越来越广阔的应用前景。本文主要综述了水凝胶纳米粒的分类、制备方法及其在生物医药领域的应用。     

蛋白质图案构筑及其应用研究进展

蛋白质作为生物体内一类重要的大分子已被广泛地应用于构筑图案化结构, 所得到的蛋白质图案在医疗诊断、组织工程、生物传感和药物筛选等领域均表现出了巨大的应用价值. 目前, 蛋白质图案的构筑方法主要有两种： （1） 在利用微加工技术制备的微结构上进行蛋白质的后续接枝实现蛋白质图案的构筑; （2） 直接用蛋白质分子构筑图案化结构. 本文对当前常用的蛋白质图案构筑技术进行了综述, 并对蛋白质图案的实际应用进行了总结, 最后对蛋白质图案构筑技术的发展方向以及蛋白质图案的应用前景进行了展望.     

3D打印海藻酸钠基功能材料的研究进展

海藻酸钠优良的生物相容性和生物可降解性赋予其在生物医药领域广阔的应用前景,如何实现利用海藻酸钠制造生物医用材料、组织、器官成为推动其优良性能在生物医学上应用的重要挑战之一.3D打印技术拥有对结构的可控设计和材料的高利用率的优点,在生物材料的个性化定制加工方面具有独特的优势.本文介绍了海藻酸钠的性质特点,并综述了3D打印...     

石英晶体微天平传感器的膜厚敏感性

近几年,石英晶体微天平(QCM)作为一种简易、灵敏的实时监测手段,广泛地应用于研究生物活性分子之间的相互作用,其中包括蛋白质吸附动力学、抗原/抗体相互作用、DNA杂交、适配体-蛋白相互作用等领域.但是QCM作为商业化的生物传感器一直发展不顺利.主要因为QCM在液态环境中的非理想行为导致了对QCM数据分析困难.我们利用阻抗分析法对QCM的数据进行分析,分离出质量和粘弹性两种因素引起的频率改变,解决粘弹性的困扰问题.同时,我们提出了"固化水层"模型,合理地处理了溶剂的影响.在该模型的基础上发展了一种基于QCM的分子尺技术,该技术能够简便、有效地测量出固定在固-液界面的生物大分子的纳米尺寸.我们的主要工作是将"固化水层"模型拓展到三维结构的高分子基质中.我们联合QCM和表面等离子共振(SPR)技术研究基于高分子基质的蛋白质的固定,抗原/抗体识别的过程,进一步采用"固化水层"模型解释高分子的溶胀行为、羧基活化、抗体固定、抗原、抗体识别等过程.理论分析表明,结合生物分子势必排出相同体积的溶剂,由于溶剂的密度接近于蛋白质溶液的密度.从而导致"固化水层"质量增加不明显.实验上也证实了石英晶体微天平的响应主要取决于"固化水层"的厚度变化(T2-T1),而并非固定的生物分子的质量.我们利用QCM实时监测在高分子基质中IgG的固定以及IgG与anti-IgG识别的过程,并将石英晶体微天平监测的频率变化与相应的厚度变化直接关联.这一方法的建立在一定的应用范围内简化了QCM的定量分析模型,有望实现QCM作为传感器在界面物理与化学等相关领域研究中的应用.     

表面等离子体共振免疫传感器在蛋白质检测中的应用及其研究进展

表面等离子体共振(SPR)技术是20世纪90年代发展起来的一种新型技术,应用SPR原理可检测生物传感芯片上配位体与分析物之间的相互作用情况,在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测及环境监测等领域具有广泛的应用需求.SPR技术可与免疫传感器结合,利用抗原抗体的特异性反应可用于各种蛋白质抗原的检测.本文重点总结了SPR免疫传感器在食品及医疗领域蛋白质检测的应用,综述了近年来SPR免疫传感技术在这该领域的研究热点及进展.     

基于天然萜类的可持续性聚合物

随着可持续发展观念的逐步深入,可持续性聚合物已发展成为当今高分子领域的研究热点之一.萜类化合物作为自然界中一类来源广泛的天然资源,具有多种可修饰位点和丰富的功能性,由它出发制备可持续性聚合物,不仅可以简化聚合物的合成步骤,还可以赋予聚合物独特的立体构型、良好的生物活性和生物相容性等特点,进而拓展其在表面涂层、生物医药、组织工程等领域中的应用.本文综述了近年来国内外基于天然萜类可持续性聚合物的研究进展,从萜类化合物的结构特点出发,系统介绍了基于天然萜类可持续性聚合物的合成策略、特性及应用.     

仿生微胶囊的组装及其应用

在生物物理和生物医药研究领域中,在分子水平上组装功能化的仿生微胶囊具有重要的理论和应用价值.在现有制备微胶囊的技术手段中,层层组装技术以其能够控制胶囊的尺寸、形状、囊壁的厚度和组成以及易于实现功能化等特点,引起了人们越来越多的研究兴趣.本文将着重介绍如何利用层层组装技术,以磷脂、蛋白质和其他生物大分子为组装基元构筑仿生微胶囊、以及如何将微胶囊进行生物界面化的修饰.此外,以仿生微胶囊为药物载体,探讨其在光动力治疗方面的应用也作简单介绍.     

紫外吸收光谱法研究Asp44在稳定肌红蛋白结构中的作用

为了了解肌红蛋白Mb表面44位天冬氨酸(Asp)残基对稳定蛋白结构的影响,用聚合酶链式反应(PCR)定点突变的技术将Mb基因上的第44位天冬氨酸的密码子GAT突变成赖氨酸的密码子AAA,获得突变体D44K。突变体蛋白在大肠杆菌BL21-DE3中成功表达并且得到纯化。用紫外-可见光谱研究野生型肌红蛋白及其突变体D44K的耐热、耐酸的变性过程。结果表明,用碱性氨基酸赖氨酸(Lys)取代酸性氨基酸Asp44残基,增强了肌红蛋白耐热、耐酸能力,说明Asp44具有稳定肌红蛋白结构的作用。为进一步研究蛋白表面氨基酸对蛋白质结构、功能的影响提供重要的试验依据。     

多肽及蛋白质的化学合成研究

多肽与蛋白质作为生物体内的活性物质和生命活动的物质基础,在信号传递、能量利用、免疫应答等基础生理过程发挥着至关重要的作用,并与多种疾病的发生密切相关。获得一定数量高纯度的多肽和蛋白质是研究其结构、生物学功能以及开发相关药物的重要前提。天然多肽与蛋白质的来源主要有动植物的组织器官、微生物的次级代谢产物等。目前,自然提取、重组技术和化学合成是多肽与蛋白质的主要获得途径。相较于从天然产物中提取分离和基因重组表达,化学合成能够方便地在多肽与蛋白质的任意位点引入非天然氨基酸或特定类型的翻译后修饰基团,如糖基化、磷酸化、荧光团及光交联反应基团等,极大地促进了多肽与蛋白质在基础医学及生物医药研究领域的应用发展。本综述全面介绍了多肽与蛋白质的各种化学合成研究策略,并讨论了这些策略的基本原理、优缺点及应用价值,旨在为多肽及蛋白质的合成研究提供参考。     

表面等离子体共振技术在蛋白质-蛋白质相互作用研究中的应用

表面等离子共振(SPR)近年来迅速发展为用于分析生物分子相互作用的一项技术.该技术无需标记、特异性强、灵敏度高、样品用量小,可实现在线连续实时检测.目前SPR已被广泛应用于免疫学、蛋白质组学、药物筛选、细胞信号转导、受体/配体垂钓等领域.该文阐述了基于表面等离子体共振技术生物传感器的基本原理和技术流程,综述了SPR在蛋白质-蛋白质相互作用动力学研究、蛋白质结构及功能研究、蛋白质突变和碎片分析、信号转导中的应用以及SPR在蛋白质-蛋白质相互作用研究中的多项关键技术.指出SPR通过与光谱、电化学等多技术联用后,可以获得更加详实的信息.     

基于MRB电泳滴定蛋白质技术的研究进展

蛋白质是生命的重要载体物质、是食品最重要组成成分之一,也是食品营养价值的重要指标。因此,蛋白含量分析在食品生产、临床诊断及相关生物医药科研等领域都有重要意义。凯氏定氮法是生物样品蛋白质含量测定常用方法     

CRISPR/Cas技术在核酸检测中的应用进展

CRISPR/Cas是大多数细菌及古细菌基于RNA的后天免疫系统。由CRISPR/Cas系统改造而成的CRISPR/Cas技术已成为一种强大的基因编辑工具,广泛应用于基因功能研究和基因修饰与治疗。除了作为基因编辑工具,Ⅱ类Cas蛋白具有的"附属切割"特性,已被开发成一种快速、低成本且高灵敏的核酸检测工具,在核酸分子诊断领域具有重要的应用潜力。该文总结了3种Ⅱ类Cas蛋白在核酸检测领域的代表性研究进展,并对CRISPR/Cas系统在该领域的应用前景进行了展望。     

外显子周期三行为特征的研究

基因中蛋白质的编码区具有周期三行为这一规律已成为目前基因预测的理论基础, 采用功率谱对外显子的周期三行为特征进行了研究, 结果表明: 大多数外显子独立存在于基因中时并不具有周期三行为, 而当基因被剪切后外显子连在一起编码蛋白质的时候才具有周期三行为. 并且这种行为特征与外显子的长度、碱基在密码子三个位置上的分布以及氨基酸密码子的使用偏好均有密切关系, 同时符合蛋白质翻译次序的外显子也具有对密码子使用的偏好性, 这一研究结果对于提高基因预测的准确率以及内含子功能的研究具有重要意义.     

基于分子信标探针和生物功能化纳米颗粒的蛋白质分析

随着人类基因组测序计划的完成,生命科学研究热点逐渐由基因组学向蛋白质组学转移.分析化学工作者利用分子信标探针和生物功能化纳米颗粒的固有优势,发展了一系列新原理、新方法和新技术并在蛋白质组学研究领域得到了广泛应用,极大地促进了蛋白质组学的发展和进步.本文主要综述了基于分子探针和生物功能化纳米颗粒开展的一系列实时、原位、灵敏、特异的蛋白质分析研究,包括:非特异性/特异性蛋白质的检测与分离、蛋白质/DNA相互作用研究、细胞表面蛋白质的识别,以及基于抗原-抗体反应的病原菌检测等,并进一步展望了基于分子信标探针和生物功能化纳米颗粒的蛋白质分析研究的发展前景与关键问题.     

镜像手性蛋白质研究进展

镜像蛋白质由D型α-氨基酸及甘氨酸构成,与天然蛋白质互为手性对映体.镜像蛋白质尚无法通过生物重组技术制备,而只能通过化学全合成获取.镜像蛋白质具有独特的结构和功能,使其在外消旋结晶、仿生催化、软物质材料、疾病诊断与治疗物质等方面具备潜在的应用价值.简要介绍了镜像蛋白的化学合成方法,总结了镜像D型蛋白质在蛋白外消旋结晶、蛋白药物开发以及镜像生命再造方面取得的进展.