订书肽的合成与应用

许多重要的生物过程的调节都通过蛋白-蛋白相互作用来实现的。一般,蛋白-蛋白作用的界面太大而不能被小分子药物选择性靶向,因此小分子药物很难高效特异性地阻断该类型的相互作用。此外,由于蛋白质药物很难透过细胞膜,它们也不能直接靶向细胞内的相互作用。由于当前药物分子的限制,发展下一代既能进入细胞膜又能特异性靶向蛋白-蛋白相互作用的分子成为新的研究热点。为了克服上述药物分子的缺点,Verdine等发展了一种全碳支架的具有α-螺旋结构的新型多肽,这种多肽被称作订书肽（stapled peptides）。相比于天然多肽,订书肽有更高的酶解稳定性并且可以进入细胞膜,从而提高了它的药理性能。本文将从订书肽的化学合成、生物物理性能的表征和其在癌症和HIV治疗、信号通路的调节和肿瘤激活蛋白的抑制方面的生物应用详细介绍订书肽的最新进展。     

聚氨基酸在材料科学及生物医药中的二级结构效应

聚氨基酸不仅具有优异的生物相容性和生物可降解性,其类似于蛋白质的二级结构(α-螺旋、β-折叠、无规卷曲)及二级结构的响应性转变赋予了聚氨基酸不同于常规聚合物的特殊功能,在材料及生物医药领域具有重要应用。本文简要概述了本课题组近年来围绕聚氨基酸二级结构在聚合物防污涂层、纳米颗粒-细胞膜相互作用以及蛋白质改性研究中的新进展,并对聚氨基酸二级结构未来的发展方向进行了简要的展望。     

核磁共振研究蛋白二级结构的方法

核共振共振法常规应用于解析化学物质结构和反应性能,现已发展成为生物化学和分子生物学的重要实验技术,尤其是在确定溶液中蛋白和多肽结构方面起着其它物理分析方法不可比拟的作用。文章综述了化学位移,偶合常数。核Ｏｖｅｒｈａｕｓｅｒ效应（ＮＯＥ）以及同位素交换等确定蛋白或多肽二级结构的方法。     

多肽抑制剂抑制淀粉质多肽42构象转换的分子动力学模拟和结合自由能计算

应用分子动力学模拟和结合自由能计算方法研究了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制淀粉质多肽42 (Aβ42)构象转换的分子机理. 结果表明, 三种多肽抑制剂均能够有效抑制Aβ42的二级结构由α-螺旋向β-折叠的构象转换. 另外, 多肽抑制剂降低了Aβ42分子内的疏水相互作用, 减少了多肽分子内远距离的接触, 有效抑制了Aβ42的疏水塌缩, 从而起到稳定其初始构象的作用. 这些抑制剂与Aβ42之间的疏水和静电相互作用(包括氢键)均有利于它们抑制Aβ42的构象转换. 此外, 抑制剂中的带电氨基酸残基可以增强其和Aβ42之间的静电相互作用(包括氢键), 并降低抑制剂之间的聚集, 从而大大增强对Aβ42构象转换的抑制能力. 但脯氨酸的引入会破坏多肽的线性结构, 从而大大降低其与Aβ42 之间的作用力. 上述分子模拟的结果揭示了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制Aβ42构象转换的分子机理, 对于进一步合理设计Aβ的高效短肽抑制剂具有非常重要的理论指导意义.     

蜂毒肽类似物的合成和生物活性研究

Melittin(GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRQQ-NH₂)是蜂毒中含26个氨基酸残基的多肽,具有抗菌和溶血等生物活性,是典型的阳离子抗菌肽.本文设计合成了蜂毒肽C端15残基肽片段(GLPALISWIKRKRQQ-NH₂)及其类似物(15残基).研究了Melittin及这些合成肽的抗菌活性、溶血活性、疏水性及二级结构.结果表明,合成的类似物的溶血活性明显降低,抗菌活性基本保留,且与其疏水性相关.类似物中与碱性氨基酸簇(KRKR)距离较远的残基的疏水性对其抗菌活性有较大的贡献.多肽溶血与抗菌机理不同.类似物的抗菌活性和溶血活性与其二级结构(α-螺旋结构)没有明显的相关性.     

基于多肽自组装的人工金属酶

模拟酶,又称人工酶,是在分子水平上模拟天然酶活性部位的形状、大小及其微环境等结构特征的分子或分子聚集体。随着纳米科学和超分子技术的发展,构筑具有生物催化活性的超分子模拟酶已经成为科学研究和应用开发领域的热点。肽组装金属酶是以多肽分子为基本单元,在非共价作用力协同作用下形成的超分子组装体。相比其他功能性材料,肽人工金属酶的结构及生物化学性质更接近天然酶,其分子本身更利于修饰改造,且生物相容性和功能性较好,使其在模拟酶方面具有独特优势。本文总结了近年来通过多肽自组装构建人工金属酶的研究进展,重点综述了多肽组装模式、组装体微观结构、超分子结构、金属活性中心微环境以及pH值对模拟酶催化活性的影响。增加自组装微结构的稳定性、增加催化活性以及扩大由人工酶催化的反应类型是肽人工金属酶研究中的主要挑战。构筑更加稳定的肽自组装纳米结构及更加精确的活性中心以模拟天然酶的结构和活性中心是正确的策略。     

表面活性剂类多肽A6KA6K的自组装及机理研究

为了研究表面活性剂类多肽疏水链段长度及亲疏水氨基酸比例对其自组装结构的影响,本文设计了一种表面活性剂类多肽A6K的二倍体A6KA6K。圆二色谱分析表明的二级结构主要为无规卷曲结构并伴有少量的α-螺旋;透射电子显微镜和动态光散射分析表明,其在水溶液中能自组装形成纳米囊泡状结构。芘荧光分子探针研究表明自组装体存在疏水微区域将芘分子包裹在其中,证明了这种多肽在溶液中可形成胶束类的自组装体,并计算了其临界胶束浓度。相比已报道的表面活性剂类肽A6K,本文设计的肽序列A6KA6K由于在较长疏水链段区域中存在亲水性氨基酸K,对疏水相互作用有影响,使得含有14个氨基酸的肽自组装形成纳米囊泡状结构。     

分子动力学模拟Cu2+对α-突触核蛋白(1-17)肽段构象变化的影响

利用分子动力学模拟研究铜离子(Cu2+)对α-突触核蛋白1-17号氨基酸肽段(α-synuclein(1-17))构象变化的影响,采用GROMOS 43A1力场对Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体和α-synuclein(1-17)肽段单体分别进行了6组独立的分子动力学模拟,每组模拟时间为500ns,总模拟时间为3μs.研究结果表明:Cu2+与α-synuclein(1-17)肽段结合使其更易向β折叠片结构折叠,促进了其二级结构的形成,增强了构象的稳定性;Cu2+增大了α-synuclein肽段疏水残基的溶剂可及表面积,增强了其疏水残基的暴露程度.自由能分析指出,Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体的自由能比α-synuclein(1-17)肽段低,构象稳定,采样空间紧密,其自由能极小构象为β折叠片结构.构象聚类分析进一步表明,Cu2+使得α-synuclein(1-17)肽段构象趋于稳定.总之,Cu2+诱导固有无序蛋白α-synuclein(1-17)肽段由无序向有序转变,降低了构象的自由能,同时Cu2+增强了α-synuclein(1-17)肽段的疏水性,使得α-synuclein肽段因疏水作用更倾向于形成β折叠片结构,加速其疏水性聚集.     

pH值和钙离子对尖吻蝮蛇抗血小板凝集素二级结构的影响

尖吻蝮蛇毒中抗血小板凝集素是凝血因子IX/凝血因子X结合蛋白，它具有抗凝血和抑制血小板凝集双重活性。用红外光谱、拉曼光谱和CD谱研究了抗血小板凝集素的二级结构以及pH值和钙离子对其二级结构的影响。用CD谱测得，在水溶液中，抗血小板凝集素的主要骨架构象为β-折叠(26.3%)和α-螺旋(19.6%)结构。拉曼光谱显示，在粉末状态，其α-螺旋含量显著降低。CD谱还表明，抗血小板凝集素在pH值3.0～11.0范围内保持稳定的天然结构，钙离子诱导的抗血小板凝集素结构变化是可逆的，钙离子在稳定抗血小板凝集素的天然结构中起重要作用。     

β—多肽的合成及其二级结构的研究

系统地介绍了和评述了β－氨基酸和β－多态的合成１以及β－多肽的二级结构与性质等研究领域近年来的进展。β－多态具有可预测和可再生的折叠形式、二级结构多样性、对酶稳定等优点,在药物及催化剂领域中有很广阔的应用前景。     

Comparing two K-category assignments by a K-category correlation coefficient

Predicted assignments of biological sequences are often evaluated by Matthews correlation coefficient. However, Matthews correlation coefficient applies only to cases where the assignments belong to two categories, and cases with more than two categories are often artificially forced into two categories by considering what belongs and what does not belong to one of the categories, leading to the loss of information. Here, an extended correlation coefficient that applies to K-categories is proposed, and this measure is shown to be highly applicable for evaluating prediction of RNA secondary structure in cases where some predicted pairs go into the category “unknown” due to lack of reliability in predicted pairs or unpaired residues. Hence, predicting base pairs of RNA secondary structure can be a three-category problem. The measure is further shown to be well in agreement with existing performance measures used for ranking protein secondary structure predictions. Server and software is available at http://rk.kvl.dk/     

SPINE X: improving protein secondary structure prediction by multistep learning coupled with prediction of solvent accessible surface area and backbone torsion angles

Accurate prediction of protein secondary structure is essential for accurate sequence alignment, three-dimensional structure modeling, and function prediction. The accuracy of ab initio secondary structure prediction from sequence, however, has only increased from around 77 to 80% over the past decade. Here, we developed a multistep neural-network algorithm by coupling secondary structure prediction with prediction of solvent accessibility and backbone torsion angles in an iterative manner. Our method called SPINE X was applied to a dataset of 2640 proteins (25% sequence identity cutoff) previously built for the first version of SPINE and achieved a 82.0% accuracy based on 10-fold cross validation (Q(3)). Surpassing 81% accuracy by SPINE X is further confirmed by employing an independently built test dataset of 1833 protein chains, a recently built dataset of 1975 proteins and 117 CASP 9 targets (critical assessment of structure prediction techniques) with an accuracy of 81.3%, 82.3% and 81.8%, respectively. The prediction accuracy is further improved to 83.8% for the dataset of 2640 proteins if the DSSP assignment used above is replaced by a more consistent consensus secondary structure assignment method. Comparison to the popular PSIPRED and CASP-winning structure-prediction techniques is made. SPINE X predicts number of helices and sheets correctly for 21.0% of 1833 proteins, compared to 17.6% by PSIPRED. It further shows that SPINE X consistently makes more accurate prediction in helical residues (6%) without over prediction while PSIPRED makes more accurate prediction in coil residues (3-5%) and over predicts them by 7%. SPINE X Server and its training/test datasets are available at http://sparks.informatics.iupui.edu/     

蛋白质二级结构的氨基酸紧邻位效应和二肽构象因子

提出了蛋白质二级结构中的氨基酸C端和N端邻位因子以及二肽构象因子. 基于对蛋白质数据库PDB105版全库的分析, 讨论了N端和C端邻位对氨基酸二级结构倾向性的影响, 讨论了二肽序的二级结构倾向性. 发现有些氨基酸的邻位因子对和二肽序对的二级结构构象因子差别较大, 表明这些氨基酸对其N端和C端邻位的影响不对称.     

Raman光谱研究铜锌超氧化物歧化酶及其金属取代衍生物的二级结构

本文测定了铜锌超氧化物歧化酶（Cu2Zn2SOD)及其金属取代衍生物Cu2Ni2SOD的Raman光谱,对图谱进行了归属,并定量测定了两种SOD的二级结构,同时对结构与活性的关系进行了讨论。     

希土离子Eu3+、Tb3+对钙调素二级结构的影响

０引言作为一类非生物必需元素,希土元素对生物体的作用机制及其对人体的长期毒性问题正日益受到人们的关注。为深入探讨这一问题,我们选择钙调素（Ｃａｌｍｏｄｕｌｉｎ,简称ＣａＭ）为研究对象。钙调素亦称钙调蛋白,是广泛存在于真核细胞中的重要钙结合蛋白。它不仅...     

RNA secondary structure alignment based on an extended binary coding method

Recently, we proposed a three‐dimensional cube representation of RNA secondary structure. An efficient method for mutation analysis has been proposed based on the introduced representation. According to the proposed three‐dimensional cube representations, we will introduce an extended binary coding method for RNA secondary structure alignment by converting the structure alignment to sequence alignment. Using our method, the result of structure alignment can be obtained quickly. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem, 2011     

蛋白质和变性蛋白质二级结构的FTIR分析进展

蛋白质结构的研究一直是人们研究的一个热点,蛋白质在发生变性后,二级结构会改变,从而导致生物活性丧失,这些与医药学及食品科学等领域密切相关。傅里叶变换红外光谱(FTIR)作为一种无损、快速的分析方法在蛋白质二级结构的研究中发挥重要的作用,本文就FTIR对于蛋白质二级结构的研究作一初步概述,主要介绍FTIR研究蛋白质结构的主要方法、红外光谱的谱学特点。     

Determination of Protein Concentration from CD Spectrum

Abstract

Protein concentration can be determined from its circular dichroism(CD) spectrum and from programs that calculate protein secondary structure content from CD. The method established was successfully applied to lysozyme and a de novo designed peptide with a standard error of about 5%, which is comparable to concentrations determined from an estimated extinction coefficient. This procedure is widely applicable in protein and peptide samples.     

圆二色光谱分析蛋白质构象的方法及研究进展

介绍了远紫外圆二色光谱数据计算蛋白质二级结构,辨认蛋白质三级结构类型的原理、拟合方法、实验技术。对近紫外圆二色作为光谱探针,研究蛋白质中芳香氨基酸残基、二硫键微环境的变化作了简单介绍。