乙酰化修饰抑制?-synuclein的纤维化聚集

天然无结构蛋白a-synuclein（a-syn）的纤维化聚集是帕金森病的特征表现。静电相互作用已被证明会显著影响a-syn 的聚集。该文通过简单的赖氨酸乙酰化修饰改变蛋白的净电荷,研究静电效应对于a-syn 的构象和纤维化聚集的影响。核磁共振（NMR）实验结果表明乙酰化后的a-syn仍然是无序结构,而且展现出比野生型更加伸展的构象。由于N端和C端都高度带负电荷,结构打开会更加暴露NAC区域,静电排斥和疏水作用共同存在,但 ThT 荧光实验发现乙酰化修饰抑制了它的纤维化聚集,因此我们认为这里静电排斥占据主导作用。这种依赖电荷的作用机理会帮助我们更好地理解a-syn的纤维化聚集,而乙酰化修饰也提供了一种抑制聚集的新方法。     

脂质体包裹荧光受体方法研究a-突触核蛋白在磷脂膜上的结构和动态特征

α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)在帕金森病的发病机理中起着关键的作用,因而近年来受到了越来越广泛的关注.α-syn在膜上的动力学过程对理解其功能至关重要.本文使用基于脂质体的单分子荧光衰减方法——LipoFRET,首次对较高浓度下α-syn与磷脂膜的相互作用的动态过程进行了单分子层面上的研究.研究发现,在溶液中α-syn浓度升高时,其中央NAC区域可离开磷脂膜表面进入水相中;而N端部分位于膜表面内的位置变浅,并有更高的概率脱离膜表面进入溶液中.利用单分子荧光成像对α-syn解离的观察则发现,随着溶液中的α-syn浓度升高,脂质体上的α-syn解离速率加快.因此高浓度下,α-syn在膜上各区域垂直位置变化促进了蛋白从膜上的解离.结合LipoFRET的实验结果可以推断,α-syn的解离可能是由于不同的α-syn分子膜作用位点互相竞争而导致的解离.这样的特征,可能是体内环境中影响α-syn控制其聚集的重要性质.     

蛋白质二硫键异构酶与α-突触核蛋白的相互作用及对其聚集的影响

α-突触核蛋白（α-synuclein,αsyn）的错误折叠和聚集是帕金森症的疾病特征.分子伴侣蛋白质二硫键异构酶（PDI）可在体外结合αsyn的N端并抑制其聚集,但PDI的识别机制至今仍不明确.我们通过液体核磁共振（NMR）实验,发现人源PDI b'xa'可结合αsyn的N端区域.此外,硫黄素T（ThT）荧光实验结果表明PDI b'xa'会显著抑制αsyn的聚集.我们进一步利用NMR滴定实验确定了PDI主要通过b'结构域的疏水空腔结合αsyn.最后,我们以此构建了PDI结合αsyn的对接模型,并提出了PDI抑制αsyn聚集的作用机理.这一工作为理解PDI抑制αsyn聚集提供了实验依据.     

PDI抑制α-synuclein纤维化聚集作用机制研究

天然无结构蛋白?-synuclein在帕金森症(PD)患者脑部的路易小体中异常聚集,被认为是引起PD的重要原因之一,但是目前关于?-synuclein的聚集机制仍没有定论.蛋白质二硫键异构酶(PDI)是细胞内质网中重要的分子伴侣蛋白,能够阻止内质网中无结构蛋白的聚集.在PD患者的脑细胞内发现PDI过量表达,且酶活性位点半胱氨酸被亚硝基化使其活性受到抑制.体外实验证明,PDI能够抑制?-synuclein的聚集,但其具体的分子机制还不清楚,研究PDI抑制?-synuclein聚集的具体机制可能对于PD治疗有重要意义.该文利用核磁共振(NMR)方法研究了?-synuclein与PDI的相互作用,发现?-synuclein与PDI的结合位点位于?-synuclein的N端;将PDI所有的6个半胱氨酸突变成丝氨酸,得到突变体PDI C-S,发现?-synuclein与PDI C-S的结合位点则位于其C末端;荧光实验结果表明突变体PDI C-S对?-synuclein纤维化聚集的抑制作用减弱,说明PDI抑制?-synuclein的纤维化聚集主要是通过与?-synuclein的N端残基结合来实现的.     

内禀无序蛋白构象与带电氨基酸残基排布关系——以精氨酸和天冬氨酸组成的随机多肽为例

内禀无序蛋白的结构特征与其氨基酸序列有着密切的联系.其中一个核心问题是正负带电氨基酸残基的排列如何影响无序蛋白或者多肽的构象?为了回答这一问题,本研究以天冬氨酸和精氨酸两种带电残基组成的随机多肽为研究对象,利用全原子蒙特卡罗模拟和温度副本交换采样方法,研究了随机多肽的电荷排布与结构之间的定性关系.结果表明:正负带电残基在序列上混合均匀时,由于肽链内部的静电吸引和排斥相互抵消,肽链倾向于形成无规卷曲的构象;正负带电残基分离时,由于长程静电相互吸引,多肽倾向于形成类β-发卡的形状.     

低盐和高盐环境下α-Synuclein构象的~(19)F NMR研究

天然无结构的突触核蛋白α-synuclein(AS)与帕金森病密切相关.最近研究发现低盐与高盐环境下AS纤维化的速率不同,所形成的纤维结构,细胞毒性与传染性也不一样,但盐效应对AS聚集及纤维结构影响的具体分子机制仍不清楚.该文通过生物标记方法在AS的酪氨酸芳香环上引入19F标记的探针,利用19F核磁共振(NMR)方法研究了低盐与高盐环境下AS的构象差异,发现19F NMR对天然无结构蛋白构象变化非常灵敏,AS在低盐中的构象比较紧密,而在高盐下比较松散,这种在溶液中起始的构象差异可能是导致最终AS纤维结构与生物效应不同的原因.     

环状氮氢化合物NnHn(n=3~5)的构象研究

应用密度泛函理论对10种环状氮氢化合物异构体进行了研究.利用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些异构体的成键特征、相对稳定性.N-N键长与键临界点的电荷密度存在反比关系.超共轭作用和立体排斥作用计算表明:立体排斥作用和超共轭作用在决定构象稳定性的方面均起了主要的作用.H原子的相对位置的差异影响了键-键立体排斥能的类型.     

水合作用与pH调控聚电解质刷的构象转变

我们基于Flory-Huggins理论,建立理论模型研究水合作用与pH调控聚电解质刷的构象转变.理论模型考虑聚电解质链与水分子间的作用(聚电解质链的水合作用)、体系中的静电作用.研究发现,随着水合作用的改变,聚电解质刷出现由溶胀到塌缩的构象转变.由此表明了水合作用可在很大程度调节聚电解质刷的相变.通过分析pH的调控效应我们还发现,在碱性环境中(pH=8),聚电解质链单体的解离度增大,静电排斥会使得聚电解质刷溶胀.由此表明,聚电解质刷内水合作用与静电效应的耦合,将会共同决定聚电解质刷的构象转变特性.理论结果深刻揭示了水合作用的改变,会使得聚电解质刷体系发生相变,pH可在很大程度上改变其相变特性.     

为什么带电体内部场强为零?电势各处相等?

本刊接到各地一些读者提出与本问题有关的一些问题,现综合答复于后。如把一定量的电荷(如+Q)放到导体上,由于导体的定义:即电荷可以在它上面移动的物体叫做导体,所以在同号电荷间排斥的作用下,电荷便要移动。最后,电荷将静止在导体的外表面上。关于这一结果是能想象到的,因为电荷间的排斥作用必然会使电荷移动到相距最远而且不能再远的地方停止下来,那么便只能是在外表面。不过这样想还是不够的,著名的法拉第冰桶实验便是静电平衡时电荷只分布在导体的外表面上的事实证明。     

水合作用与 pH 调控两性离子聚合物刷的相变行为

本文基于Flory-Huggins理论,建立理论模型研究水合作用与pH调控两性离子聚合物(ZP)刷的相变行为.理论模型考虑ZP的水合作用,以及ZP刷体系中的静电作用.研究发现,在不同pH条件下,ZP刷的体积分数随着水合作的减弱而的增加.随着pH的变化,ZP刷构象随着水合性转变行为明显改变,这是由于pH调控ZP链单体带有过多的净电荷(正电荷或负电荷),致使ZP链内出现静电排斥导致ZP刷溶胀.另外,当ZP链单体呈现过多的净电荷,会在很大程度上决定ZP刷体系静电势,影响ZP刷的相变行为.通过考察体系自由能,我们还发现,ZP刷体系自由能呈现了极大值,随着pH值的变化,自由能呈现的极大值随之改变,由此表明了体系的不稳定性,进而导致ZP刷体系发生相变.     

银纳米颗粒对溶菌酶纤维化影响的浓度效应（英文）

纳米颗粒对蛋白质淀粉纤维化过程的影响机制对扩大其在生物学诊断和纳米药物应用中起到至关重要的作用.在本研究中,通过拉曼光谱结合原子力显微镜和硫磺素T荧光光谱实验研究不同浓度银纳米颗粒条件下的溶菌酶淀粉纤维化过程.利用四个具有代表性的拉曼光谱指标在分子水平上监测蛋白质的三级结构和二级结构的转化过程,如:Trp费米共振双峰(1340 cm~(-1)和1360 cm~(-1)),二硫键伸缩振动峰(507 cm~(-1)),N-Cα-C伸缩振动峰(933 cm~(-1)),以及酰胺Ⅰ谱带.结果证实银纳米颗粒对溶菌酶淀粉样纤维化动力学的浓度依赖性影响.在存在低浓度(17μg/mL)银纳米颗粒的情况下,纳米颗粒的静电相互作用可以稳定蛋白质的二硫键,并保护疏水残基(如:Trp残基)不易暴露于亲水环境中,从而导致形成无规则聚集体而不是原纤维.然而,在高浓度(1700μg/mL)银纳米颗粒的情况下,大量银纳米颗粒之间静电相互作用的竞争将导致溶菌酶自然二硫键的断裂,并形成Ag-S键.银纳米颗粒为蛋白质提供了相互作用的功能表面,在蛋白质α螺旋结构直接转变为有组织的β折叠结构中起到了桥梁的作用.本研究揭示了银纳米颗粒对鸡蛋清溶菌酶淀粉纤维化过程动力学的争议作用.     

亲水性两性离子聚合物刷的构象与结构

本文应用分子场理论,研究暴露于水蒸气中的亲水性两性离子聚合物(HP)刷的构象与结构.理论模型考虑HP-水(P-W)氢键和水-水(W-W)氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用.研究发现,P-W与W-W氢键决定着HP的水合性,P-W氢键形成,会诱导HP刷溶胀.我们通过考察HP单体间的偶极-偶极相互作用发现,随着偶极-偶极相互作用增强,HP链在垂直培基表面沿着链方向,形成了结节状结构.这是由于HP单体之间的偶极-偶极静电吸引作用导致单体间汇聚结节,这种结节在刷内产生了较强的排斥体积作用,因此,这种HP刷具有抗污性能.在较高的接枝密度环境下,由于HP链间单体之间的偶极-偶极静电吸引作用,会形成链间单体-单体的结节,在刷内形成结节网络状凝胶结构,这种结构的出现,会使得HP刷呈现极强的抗污性.另外,当体系中水蒸气浓度增加、水合相互作用增强时,增加的P-W氢键将平衡HP单体之间的偶极-偶极相互作用,使得结节解开,聚合物链伸展.我们的理论结果符合实验观测,由此表明,P-W氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用决定着HP刷的构象转变和结构特性,刷内出现的两性离子聚合物链内单体间的结节和链间单体结节状凝胶结构,是两性离子聚合物刷呈现较强抗污性的本质特性.     

环状氮氢化合物NnHn(n=3~5)的构象研究

应用密度泛函理论对10种环状氮氢化合物异构体进行了研究。利用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些异构体的成键特征、相对稳定性。N-N键长与键临界点的电荷密度存在反比关系。超共轭作用和立体排斥作用计算表明:立体排斥作用和超共轭作用在决定构象稳定性的方面均起了主要的作用。H原子的相对位置的差异影响了键-键立体排斥能的类型。     

NMR在α-synuclein的结构及相互作用研究中的应用

α-synuclein(AS)是一种和帕金森病(PD)密切相关的天然无结构蛋白,是PD标志物路易小体(LB)的主要成分.AS异常聚集和纤维化被认为是引起PD的主要原因之一,因而针对其结构、聚集和功能的研究一直是国际上的热点.核磁共振(NMR)技术能获得具有原子分辨率的蛋白质结构和动态信息,尤其适合研究其它生物物理方法难以研究的天然无结构蛋白.该综述主要讨论NMR技术结合其他技术手段在AS的结构、聚集机制、以及与生物膜、金属离子和其它蛋白质相互作用研究中的应用.这些研究结果为探索PD的发病机制提供了有益的线索.     

多价抗衡离子诱导聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)刷构象转变的UCST行为

本文应用分子场理论,研究pH、[Fe(CN)_6]~(3-)诱导聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)刷的上临界溶解温度(UCST)构象转变与结构特性.理论模型考虑p H和[Fe(CN)_6]~(3-)对PDMAEMA刷体系的静电调控作用.研究发现,在不同[Fe(CN)_6]~(3-)浓度、不同p H条件下,PDMAEMA刷呈现了UCST构象转变行为.由于p H调节PDMAEMA单体质子化,[Fe(CN)_6]~(3-)通过与PDMAEMA带正电荷的单体结合,形成了在PDMAEMA链内以[Fe(CN)_6]~(3-)为中介的带电单体间的静电吸引结合.随着温度升高,[Fe(CN)_6]~(3-)与PDMAEMA带正电荷的单体结合被破坏,[Fe(CN)_6]~(3-)在链内凝聚导致的静电屏蔽效应减弱,PDMAEMA链内带电单体间的静电排斥增强,PDMAEMA刷的构象呈现了从塌缩到溶胀的UCST转变行为,并且在较高[Fe(CN)_6]~(3-)浓度条件下,PDMAEMA刷构象转变的UCST增高.在较低p H值条件下,较多的PDMAEMA单体被质子化,[Fe(CN)_6]~(3-)与PDMAEMA带正电单体的结合增强,PDMAEMA刷构象转变的UCST增大.基于pH和[Fe(CN)_6]~(3-)对PDMAEMA刷体系中的静电调控效应,可以预言,在较小p H和较大[Fe(CN)_6]~(3-)浓度条件下,PDMAEMA链在垂直培基表面沿着链方向形成结节状结构.这是由于以[Fe(CN)_6]~(3-)为中介的链内带电单体间的静电吸引作用增强,导致临近单体间汇聚结节.我们的理论结果符合实验观测,由此表明,pH调节PDMAEMA单体的带电状态,以及[Fe(CN)_6]~(3-)在PDMAEMA链内凝聚导致的静电屏蔽效应,决定着PDMAEMA刷的UCST构象转变和结构特性.     

α—LiIO_3准一维离子电导空间电荷沉积线的直观显示

为了研究α-LiIO_3在直流电场作用下,离子输运与其光学、电学性质的关系,我们设计并完成了电荷沉积线的静电染色显示和针状电极作用下电荷沉积线的生长与分布情况的光学观测实验。直接显示出间隙Li~=和Li空位都存在各自的沉积线,证实了我们以前报道的光栅亮线是带电荷的实体;整个生长层为富集Li~+区;直观地证实了α-LiIO_3离子管道输运与电荷沉积是完全一致的和α-LiIO_3的准一维电导特性。     

银纳米颗粒对溶菌酶纤维化影响的浓度效应

纳米颗粒对蛋白质淀粉纤维化过程的影响机制对扩大其在生物学诊断和纳米药物应用中起到至关重要的作用. 在本研究中,通过拉曼光谱结合原子力显微镜和硫磺素T荧光光谱实验研究不同浓度银纳米颗粒条件下的溶菌酶淀粉纤维化过程. 利用四个具有代表性的拉曼光谱指标在分子水平上监测蛋白质的三级结构和二级结构的转化过程,如：Trp费米共振双峰(1340 cm^-1和1360 cm^{-1-1-1相似文献}   

N-M(Cd,Mg)共掺闭口氧化锌纳米管场发射第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 分别研究了N掺杂和N-M(Cd, Mg)共掺(9, 0)型闭口氧化锌纳米管(ZnONT)的几何结构和场发射性能.结果表明: N原子能够提高体系帽端结构的稳定性; 随外加电场增强, 体系的态密度向低能方向移动, 最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占据分子轨道(LUMO)能隙及有效功函数变小, 电荷向帽端聚集程度愈高. 体系态密度/局域态密度, HOMO/LUMO, 能隙及Mulliken电荷分析一致表明, N-Cd共掺可提高ZnONT的场发射性能, N-Mg共掺反而抑制其电子发射. 关键词： 第一性原理 ZnO纳米管 场发射 共掺杂     

α—LiIO3准一维离子电导空间电荷沉积线的直观显示

为了研究α-LiIO₃在直流电场作用下,离子输运与其光学、电学性质的关系,我们设计并完成了电荷沉积线的静电染色显示和针状电极作用下电荷沉积线的生长与分布情况的光学观测实验。直接显示出间隙Li⁺和Li空位都存在各自的沉积线,证实了我们以前报道的光栅亮线是带电荷的实体;整个生长层为富集Li⁺区;直观地证实了α-LiIO₃离子管道输运与电荷沉积是完全一致的和α-LiIO₃的准一维电导特性。 关键词：     

静电排斥实验失败原因分析与改进

1引言静电排斥实验要想做成功很难,主要有两个原因：一是摩擦起电产生的电荷量不多,带电体间排斥力不强;应把这种弱电场力放大,使实验现象明显,便于观察研究,二是电荷流失速度很大,对实验有影响．本文拟介绍笔者在实验中遇到的问题以及对实验失败原因的分析,并提出了对实验改进的一些看法．