红外光谱法分析酵母蛋白质的二级结构

采用红外光谱法分析了酵母蛋白质的二级结构。测定了不同温度下酵母酰胺Ⅲ带的一维红外光谱、二阶导数红外光谱及去卷积红外光谱。结果表明:随着测量温度的升高,酵母中的蛋白质α-螺旋结构的红外吸收强度降低;而β-转角结构、无规卷曲结构和β-折叠结构红外吸收强度均有所增加。还研究了酵母酰胺Ⅲ带的二维红外光谱,以确定酵母中蛋白质红外吸收强度的变化次序,进一步证明了酵母蛋白质的β-折叠结构的热不稳定性。     

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。     

圆二色光谱法研究酸度、槲皮素、锌离子对β-酪蛋白二级结构的影响

采用圆二色光谱(CD)技术研究了酸度、槲皮素(Qct)和锌离子对溶液中β-酪蛋白(β-CN)二级结构的影响. 结果表明, 酸度、Qct和锌离子均能够诱导β-CN二级结构发生改变. 在pH 7.6的条件下, β-CN各种结构分别为32.6% α-螺旋, 53.5% β-折叠, 13.9% (-转角和无规卷曲; Qct使β-CN的α-螺旋含量增加、β-折叠含量减少; 锌离子和Zn-Qct配合物导致β-CN的α-螺旋含量大幅度降低, β-折叠含量略有增加, 同时转角和无规的含量也大幅度增加.     

圆二色法研究铜离子存在下葛根素对牛血清白蛋白二级结构的影响

采用圆二色光谱法(CD)研究了Cu2+存在下葛根素(PUE)对牛血清白蛋白(BSA)二级结构的影响。结果表明,在pH 7.4的条件下,BSA的各种二级结构分别为56.3%α-螺旋,26.1%β-折叠,17.6%转角和无规则卷曲。葛根素和Cu2+-葛根素都能诱导BSA二级结构发生改变。葛根素使BSA的α-螺旋含量增加,β-折叠含量减少,这表明葛根素与BSA的相互作用,可使蛋白质分子的疏水作用增强,导致BSA的肽链结构收缩。Cu2+-葛根素使BSA的α-螺旋含量大幅度降低,β-折叠含量略有增加,这表明Cu2+-葛根素与BSA的相互作用以配位作用为主,使得BSA的肽链结构伸展,蛋白质的构象发生变化。     

Ca2+诱导的淀粉液化芽孢杆菌α-淀粉酶分子的生物活性和结构变化

在研究Ca²⁺对淀粉液化芽孢杆菌α-淀粉酶分子生物活性影响的基础上, 采用荧光光谱法和傅里叶变换红外光谱法研究了Ca²⁺诱导的酶分子结构变化. 结果表明, 当溶液中Ca²⁺浓度低于25.0 mmol/L时, Ca²⁺对酶分子具有激活作用; 而当Ca²⁺浓度高于25.0 mmol/L时, Ca²⁺对酶分子的生物活性具有抑制作用. 在Ca²⁺诱导的淀粉液化芽孢杆菌α-淀粉酶分子结构变化过程中, 酶分子仅发生二级结构的变化, 并不涉及其三级结构. 当Ca²⁺对酶分子具有激活作用时, 酶分子中的无规卷曲结构及β-折叠结构的含量下降, 而α-螺旋结构及β-转角结构的含量上升; 而当Ca²⁺对酶分子生物活性具有抑制作用时, 酶分子中的α-螺旋结构及β-转角结构的含量下降, 而无规卷曲结构及β-折叠结构的含量上升.     

温度对设计肽稳定性及自组装性能的影响

作为目前热门的研究领域,新型设计肽因具备优良的自组装性能及广泛的潜在应用而备受关注,但该类肽的热稳定性却一直未见相关报道。本文采用原子力显微镜(AFM)、圆二色(CD)对新型设计肽AC-Pro-SerPhe-Cys-Phe-Lys-Phe-Glu-Pro-NH2的热稳定性进行了研究。圆二色结果表明,设计肽的圆二色强度随着温度的升高而降低,到80℃谱图转变为典型的无规卷曲。二级结构含量分析发现,随着温度升高,β-转角和规则α-螺旋结构含量明显降低,而无规卷曲和不规则α-螺旋结构含量增加。实验发现肽溶液温度由90℃回复到室温后,设计肽的二级结构在30min内能够恢复。AFM结果显示,在低于80℃时,温度的升高不影响设计肽的自组装形成纤维结构。温度高于80℃时,设计肽形成不规则聚集体。但当温度回复到室温时,设计肽自组装纤维形貌自行恢复。研究表明该类设计肽具有优良的耐热性及快速的自我修复能力。     

pH值和金属离子对尖吻蝮蛇抗凝血因子Ⅱ二级结构的影响

圆二色谱(CD谱)测量表明，尖吻蝮蛇抗凝血因子Ⅱ(ACF Ⅱ)与抗凝血因子Ⅰ(ACF Ⅰ)的二级结构十分相似，它们的主要骨架构象都为反平行β-折叠和α-螺旋结构。pH值对天然ACF Ⅱ的构象有一定的影响，pH值从3到10增大时，α-螺旋含量逐渐减少，反平行β-折叠含量逐渐增大。钙和其他二价金属离子对ACF Ⅱ的骨架结构没有明显影响。三价稀土离子使ACF Ⅱ的α-螺旋含量升高，同时降低其β-转角和β-折叠的含量。     

Spectroscopic investigation of interaction between bionanserin and human serum albumin

采用荧光光谱研究了模拟生理务件下抗精神病药布南色林与人血清白蛋白的相互作用,结果表明,布南色林对人血清白蛋白的内源性荧光具有猝灭作用且猝灭方式为静态猝灭.布南色林与人血清白蛋白形成了1∶1的复合物,结合常数K=1.80×104L/mol,且金属离子对结合反应具有较显著的影响.根据不同温度下的热力学函数确定了布南色林与人血清白蛋白的相互作用力类型以氢键和范德华力为主.同步荧光光谱和傅立叶变换红外光谱表明布南色林对人血清白蛋白二级结构的含量产生影响,α-螺旋和β-折叠的含量降低,β-转角和无卷曲规则的含量明显升高.     

酸性条件下两种马来酸-烯烃交替共聚物诱导细胞色素c的结构转换

在pH=2·9时,细胞色素c保持类天然的结构;和马来酸-烯烃交替共聚物作用后,细胞色素c的α-螺旋结构基本保持不变,但是三级结构被破坏.另一方面,在pH=2·1时,细胞色素c去折叠形成伸展的无规卷曲构象;马来酸-烯烃交替共聚物可以诱导酸变性的细胞色素c从无规卷曲构象转变为α-螺旋结构.在酸性溶液中,由于马来酸-异丁烯交替共聚物和细胞色素c之间更强的相互作用,其对蛋白质结构的影响大于马来酸-1-十四烯交替共聚物.相对于小分子,聚合物可以在低浓度条件下提供有利于蛋白质结构转换的微环境.     

红外光谱酰胺Ⅲ带用于蛋白质二级结构的测定研究

用甲醇对BSA和RaseA等蛋白质进行变性处理,结合蛋白质酰胺带的拟合结果对酰胺带各二级结构的谱峰进行了初步指认:1330～1290cm^-1为α-螺旋;1295～1265cm^-1为β-转角;1270～1245cm^-1为无规卷曲;1250～1220cm^-1为β-折叠.依据这些谱峰归属,对一些已知二级结构的蛋白质进行了测定,所得结果与X射线衍射数据以及酰胺带的定量结果基本一致.     

伴大豆球蛋白亚基色谱分离和制备及结构表征

研究了色谱方法对伴大豆球蛋白组成3个亚基的分离纯化工艺条件,并利用圆二色光谱对纯化得到的3个亚基的二级结构和三级结构进行了表征.结果显示:利用离子交换色谱(DEAE-sepharose fast flow, DEAE为二乙氨乙基)和金属螯合层析(Immobilized metal affinity column, IMAC)相结合的方法,能将3个亚基组分完全分开,得到了能制备相对大量的3个亚基α′, α和β的稳定工艺,纯度为95%,回收率达75%.远紫外CD结果显示,在3个亚基的二级结构中, α螺旋较少,但都具有较高含量的β折叠和无规卷曲; 近紫外CD结果显示, 3个亚基在制备过程中因为尿素的变性作用,都已经散失了三级结构.     

红外光谱法研究胃蛋白酶在表面上的构象变化

胃蛋白酶是哺乳动物的一种极其重要的消化酶,通过水解特定氨基酸间的肽键从而分解食物中的蛋白质。胃蛋白酶是一种酸性蛋白酶,对周围环境的酸碱度比较敏感。本研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术研究了不同pH值和表面性质对胃蛋白酶二级结构的影响。结果表明,随着pH值的增大,β-折叠结构的比例先增加,在pH 3～7之间达到最大值,然后在溶液为碱性时降低,无规卷曲结构比例则与之相反。衰减全反射(ATR)晶体表面存在TiO₂时,β-折叠结构含量远高于其它二级结构,且随着pH值变化,各二级结构比例没有明显的变化。通过对比吸收峰强度发现,胃蛋白酶与TiO₂表面的相互作用有利于溶液中胃蛋白酶的吸附,表明基底表面的官能团对胃蛋白酶的构象也有影响。     

双亲嵌段共聚物P103对牛血清白蛋白构象的影响

利用傅立叶变换红外光谱和傅立叶变换拉曼光谱研究了牛血清白蛋白(BSA)与双亲嵌段共聚物P103作用过程中蛋白质构象的变化规律。研究表明,当P103浓度较低时,BSA二级结构变化不大,当P103浓度为16 g/L或以上时,α-螺旋结构由45.9%降至40%以下,β-折叠结构升高,由6.1%增至17%左右,同时无规结构略微下降。P103的加入主要改变BSA分子内部氢键的结合方式,使α-螺旋结构转变为β-折叠结构;P103的加入还影响BSA中氨基酸侧链的微环境变化和蛋白质二硫键的构象变化。     

Pb2+对胰蛋白酶活性影响的作用机理研究

在胰蛋白酶介质中加入Pb²⁺， 研究其对胰蛋白酶活性影响的作用机理。结果表明低浓度的Pb²⁺对酶有激活作用，高浓度则严重抑制酶活性。在高浓度下，Pb²⁺能完全竞争出胰蛋白酶中的Ca²⁺而结合到了胰蛋白酶上，其EXAFS的测试表明Pb²⁺与多肽链氨基酸残基上的氨基或羧基发生了配位，配位数为2，Pb-N或Pb-O键长为0.241nm。圆二色谱测试表明高浓度的Pb²⁺结合使胰蛋白酶的二级结构被破坏，α-螺旋含量、β-转角及无规则卷曲下降，β-折叠增加，因而使酶失去活性。     

火菇素的圆二色性与溶液二级结构

为了弄清火菇素蛋白的结构与功能的关系并揭示抗癌机理,使其更好地发挥临床作用,测定了火菇素的圆二色性,并用蛋白质二级结构解析程序分析了火菇素的溶液二级结构。火菇素远紫外圆二色性的研究表明,其水溶液在208nm处表现为宽大负峰,最大平均残基摩尔椭圆度[θ]~2~0~8=-6574deg·cm^2·dmol^-^1,在223nm处为肩,经二级结构解析程序计算分析,火菇素的二级结构和二硫键和芳香氨基酸对火菇素圆二色性的贡献分别为77.4%和22.6%,二级结构的组成为：α-螺旋19.7%,β-折叠和β-转角50.1%,无规卷曲和γ-转角30.2%。火菇素二级结构对pH,SDS和乙醇有一定的稳定性,在pH4.6～9.4范围内,火菇素的结构几乎不发生变化,但在碱性太强的环境中火菇素发生不可逆变性,火菇素对热变性很敏感。     

血清白蛋白与银纳米粒子相互作用的滞后效应

用透射电子显微镜、圆二色和紫外-可见光谱研究血清白蛋白与银纳米粒子的相互作用及其相关效应. 透射电子显微镜观测到血清白蛋白对银纳米粒子的包覆作用. 表面等离子体共振吸收峰的研究表明, 静电力和亲水力是血清白蛋白与银纳米粒子之间主要的作用力之一; 血清白蛋白对平均粒径为60 nm的银纳米粒子单层包覆比为6.7×10⁵. 拟合计算远紫外圆二色光谱数据发现,银纳米粒子诱导血清白蛋白中α-螺旋含量减少,而β-折叠、转角和无规卷曲等结构含量增加; 血清白蛋白的构象在作用后变得更为松散和伸展. 通过时间扫描吸收光谱跟踪研究发现, 在血清白蛋白与银纳米粒子相互作用的过程中,银纳米粒子的包覆与聚集、血清白蛋白的构象变化具有双重滞后效应,并对此过程的速度常数及热力学参数进行了估算.     

骨螺紫及其铜配合物与人血清白蛋白相互作用的光谱学研究

采用荧光光谱法、紫外光谱法和傅里叶红外光谱法(FTIR)研究了模拟生理条件下人血清白蛋白(HSA)与骨螺紫(Mx)及其铜配合物(Mx-Cu²⁺)的相互作用. 根据荧光猝灭数据, 二元体系与三元体系中的作用机制均为静态猝灭, 在Cu²⁺存在下, HSA与Mx之间的结合常数与结合位点数明显加大, 结合两个体系的紫外吸收光谱可知, 在三元体系中, Cu²⁺与Mx形成配合物后再与HSA发生作用; 根据Förster能量转移理论, 求得Mx及Mx-Cu²⁺与HSA上氨基酸残基间的距离分别为r=2.82 nm和r=2.53 nm, 三元体系能量转移效率E′大于二元体系E, 说明Cu²⁺在结合作用中可能起到了能量转移介质的作用; 对Δλ=60 nm时的同步荧光光谱的分析表明, 在Mx及Mx-Cu²⁺作用下, HSA色氨酸残基的微区构象发生了变化, 色氨酸残基所处环境的极性增加; 运用FTIR技术定量测定了HSA与Mx及Mx-Cu²⁺作用后二级结构的变化, 发现2个体系中HSA二级结构变化情况基本一致, α-螺旋结构明显减少约8%, β-折叠也减少约1%, 而β-转角和无规卷曲分别增加了约6%和4%. 说明对HSA二级结构造成影响的主要因素是Mx, 它与HSA的结合使蛋白质分子中的肽链部分展开, 二级结构从α-螺旋和β-折叠向β-转角和无规卷曲结构转变, 分子结构的松散程度增加.     

β发卡多肽Trpzip4折叠的副本交换分子动力学模拟

采用副本交换分子动力学对β发卡Trpzip4重折叠进行研究,结果表明,构象空间存在较大能垒时,副本交换分子动力学(REMD)表现出比分子动力学(MD)更优的抽样效率.288 K下,Trpzip4势能、骨架均方根偏差、溶剂可及表面积(SASA)在REMD中呈逐渐降低趋势.采样得到两种特定形态的低势能构象:β发卡和螺旋-卷曲.β发卡中,第3组氢键Asp46容易与Thr49形成氢键;转角Thr49的羟基(OH)倾向于与Asp46的羧基(COO-)或主链上的C=O形成氢键,强化了Asp46与Thr49的相互作用,导致转角形成折回弯度;与Thr49相比,Thr51的羟基倾向与水分子作用,甲基朝内,因此与Asp46的侧链作用微小.螺旋-卷曲中,吲哚环-甲基为主要疏水形式.Trpzip4在折叠成β发卡过程中,转角氢键影响整个β发卡构象的形成.转角氢键具有距离优势和强侧链相互作用,最先形成.     

蚕体内不同丝腺部位丝蛋白溶液结构与性质的研究

采用偏光显微镜研究了蚕体内不同丝腺部位(包括前部、中部和后部)中丝蛋白溶液的性质变化,并采用了拉曼光谱和旋转流变仪对中部丝腺(包括前区、中区及后区)的丝蛋白分子结构和流变性能进行了分析。结果发现:蚕体内只有前部丝腺及中部丝腺前区的丝蛋白溶液具有偏光现象;丝蛋白溶液在由中部丝腺后区向前区流动的过程中,粘度及弹性均逐渐变小,其构象则由无规卷曲逐渐向α-螺旋转变,并进一步形成β-折叠构象。由此表明,在蚕体内中部丝腺前区的丝蛋白溶液很可能已经形成了液晶态结构。     

红外光谱法研究温度变化对卵粘蛋白构象的影响

采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱法和二维相关分析(2D Correlation analysis)技术研究了卵粘蛋白(Ovomucin)的构象转变与温度之间的关系. 结果表明, 当温度为55~65℃时, 卵粘蛋白的红外谱峰的位置和强度发生较大改变. 二维相关分析表明, 在升温过程中, 与肽链相比卵粘蛋白分子中的糖链对温度变化更为敏感, 且优先发生构象改变, 糖链分子的存在利于维持卵粘蛋白构象的热稳定性. 在25~95℃升温过程中, 卵粘蛋白分子二级结构的变化次序依次为α-螺旋、 β-折叠、 β-转角和无规卷曲. 由温度变化引起的卵粘蛋白分子结构动态变化的微观信息, 为揭示变温微扰引起的蛋白构象变化机理提供了初步的理论依据.