单病毒示踪

病毒是对人类健康威胁最大的病原之一,由其引发的病毒性疾病对人民健康、国家安全和社会经济构成重大威胁。病毒感染机制研究对病毒性疾病的防控及治疗具有重大意义。病毒侵染宿主细胞的动态过程涉及病毒组分与多种细胞组分或细胞器间复杂的相互作用,但是传统手段无法对该动态过程进行实时跟踪研究。单病毒示踪技术作为一种可以实时原位示踪单颗病毒侵染过程的技术,在病毒感染机制研究方面起着愈来愈重要的作用。借助于该技术,能够获取病毒侵染过程中病毒入胞途径、胞内转运过程、病毒核酸释放及其与细胞间的相互作用等动态过程信息,从而对病毒的感染机制进行分子水平的深入研究。本文就单病毒示踪技术所涉及的测量技术、标记技术和信息获取进行阐述,总结归纳了单病毒示踪在病毒感染机制研究中的最新进展,并探讨了该技术目前存在的挑战性问题以及未来发展的方向。     

抗冻蛋白抗冻机制的分子模拟研究

抗冻蛋白能使生物体在寒冷环境下生存,具有极大的潜在应用价值。近年来,人们对抗冻蛋白开展了广泛的研究,但其抗冻机理还未明确。本文阐述了抗冻蛋白的功能特性和结构特征,并从结构的角度对其抗冻机制方面的分子模拟研究成果进行了综述。另一方面,对目前已知晶体结构的29个野生型抗冻蛋白的结构特性进行了分析,发现在整个抗冻蛋白表面和在冰结合位点处都存在亲水残基与水形成氢键和疏水残基与类冰结构特异性结合的特点。然后,探讨了抗冻蛋白的二级结构、冰结合位点残基的疏水性与抗冻活性之间的关系。最后,从结构的角度讨论了抗冻蛋白的机制和影响抗冻活性的因素并简要总结了仿生抗冻材料设计和应用的研究进展。     

疏水蛋白在云母表面的吸附

采用分子动力学模拟方法研究了疏水蛋白(HFBI)在亲水云母表面的吸附过程.通过6组平行的分子动力学模拟得到了2种不同的稳定吸附结构,即通过N端和通过亲水的α螺旋与表面吸附,得到了5种吸附残基.进一步用自适应偏置力方法计算了所有吸附残基与表面的结合自由能.结果表明,残基Lys是吸附过程的关键残基,即当HFBI通过含有Lys残基的α螺旋与云母表面作用时,其吸附构象最稳定.静电作用是吸附过程的主要驱动力.在该吸附结构中,HFBI的疏水面暴露在溶液中,有效降低了云母表面的润湿性.     

环糊精修饰CdTe量子点荧光探针用于检测茶叶中咖啡因

发展了水相制备高稳定性和高量子产率的水溶性β-环糊精(β-CD)修饰碲化镉量子点(CdTe-CD QDs)的方法。通过β-CD修饰有效克服了CdTe QDs易被氧化的缺点。基于CdTe-CD QDs对咖啡因的荧光猝灭现象,建立了CdTe-CD QDs荧光探针检测茶叶中咖啡因的新方法。该方法的线性范围为10~150μmol·L-1,线性相关系数R2为0.995,检出限为7.40μmol·L-1。     

环糊精包结谷胱甘肽的机理

使用分子动力学模拟结合自由能计算的方法在原子水平上研究了谷胱甘肽与α-,β-和γ-环糊精的包结模式,计算了谷胱甘肽与3种环糊精之间6种可能包结过程的自由能变化.结果表明,谷胱甘肽的谷氨酸残基从α-环糊精大口端进入空腔最终形成的包结复合物最稳定;在该复合物中,谷氨酸残基的亚甲基链部分被完全包结在疏水空腔中,其氨基与羧基位于与α-环糊精的小口端,并与环糊精的伯羟基形成了氢键,同时半胱氨酸中的巯基位于环糊精的大口端,得到了有效的保护.因此,疏水相互作用和氢键相互作用构成了包结的主要驱动力.β-环糊精的优势包结模式与α-环糊精类似,但形成复合物的稳定性次之,而γ-环糊精由于空腔较大,优势的包结模式是谷氨酸残基从γ-环糊精小口端进入空腔,但所形成的复合物结构的稳定性最弱.     

2-氰基苄基诱导的葡萄糖醛酸β糖苷键立体选择性

以2,3-O-(2-氰基苄基)-4-O-氯乙酰基-β-对甲基苯基-D-葡萄糖醛酸硫苷等7个单糖模块作为糖基供体, 以甲醇等醇类化合物作为糖基受体, 分别在二氯甲烷和甲苯溶剂中进行了糖基化反应, 研究了葡萄糖醛酸C2位引入2-氰基苄基(BCN)以及溶剂效应对糖苷键α/β选择性的影响. 通过对糖基产物的 ¹H NMR, ¹³C NMR和HSQC等谱图分析发现, BCN可以有效提高糖苷键的β选择性, 其中部分糖基化产物的糖苷键α/β比例最高可达1/50. 为磺达肝癸钠分子中葡萄糖醛酸的β糖苷键的构建方法做出了初步探索.     

戈谢病的药物分子伴侣

戈谢病（Gaucher disease,GD）是一种由于β-酸性葡萄糖脑苷脂酶（acid β-glucocerebrosidase,GCase）基因突变引起的常染色体隐性遗传疾病,也是发病率最高的溶酶体贮积病。突变GCase的内质网关联降解和靶向溶酶体运转受阻是主要病因。酶替代疗法（enzyme replacement therapy,ERT）和底物降低疗法（substrate reduction therapy,SRT）是临床采用的主要治疗方法,但只对未涉及神经病变的Ⅰ型GD有效,且存在体内稳定性差和难以透过血脑屏障等弊端。GCase酶竞争性抑制剂可在低浓度底物的胞质中与突变酶结合,诱导酶折叠和运转;在高浓度底物的溶酶体中与酶解离,释放酶分子。因此,基于竞争性抑制剂的药物分子伴侣（pharmacological chaperone,PC）成为最具前景的药物。结合本课题组对GCase PC的研究,本文介绍了GCase的结构、催化机理及目前GCase PC的研究进展。重点讨论了脱氧野尻霉素类、环己亚胺醇类、C-糖苷衍生物、氨基环醇类和双环类PC的构效关系,简单介绍了其他非糖来源的PC,最后展望了GCase PC的前景,指出了今后研究中的发展方向。     

先进固体核磁共振揭示苯硼酸-壳聚糖纳米粒子非均匀结构和相容性

该文采用先进的固体核磁共振技术研究了壳聚糖-聚3-丙烯酰胺基苯硼酸纳米粒子非均匀结构和高分子间的相容性．¹³C CPMAS 实验表征了壳聚糖与苯硼酸结合后的构象变化,2D ¹³C-¹H HETCOR 实验进一步证明了壳聚糖在界面处通过硼酸配位作用与苯硼酸链紧密相连．2D ¹H-¹H 自旋交换和扩散实验阐明了壳聚糖和聚苯硼酸的界面混合性,相分离尺度大约为15-20 nm．     

基于几何约束的蛋白质-配体准确结合自由能计算

蛋白质-配体的结合过程伴随着复杂的结构变化, 在分子模拟可及的时间尺度内难以完全捕获, 这使得准确估计蛋白质-配体的结合自由能十分困难. 一种有效的解决途径是采用几何约束减小需要采样的构象空间, 再通过后处理方式扣除约束的影响. 本文综述了三种几何约束策略——漏斗状约束、球形约束和七自由度约束与自由能计算算法结合准确计算结合自由能的原理和进展, 重点概述理论严谨的七自由度约束的最新进展以及与Alchemistry或重要性采样方法的联用策略, 最后, 讨论了如何针对不同体系选择合适的计算策略以及蛋白质-配体准确结合自由能计算在药物设计等领域中的挑战和前景, 并提出了将上述方法进一步运用于研究更复杂的蛋白质-蛋白质问题的可能性.