生命及其分子机器

一、生命和生命科学生物学进入分子水平是一件完成于50年代前后,即从1945到1965年间二十年中的大事。它的发生也是顺理成章和水到渠成的。当生物学已经发展到了若无关于蛋白和核酸这两类生物大分子三维结构的确切知识几乎无法前进的时候,正好X射线晶体学和结构化学已经成长到足以来担当这项带有突破性质的任务了。当时生物学在其自身的发展中已逐渐明确:蛋白作为一类分子,既可为生物体充当构架材料,也可为生命执行各种特殊使命;DNA(去氧核糖核酸)则充当生命之蓝图,即为决定生物总体设计的分子。     

纳米结构蛋白质分子印迹聚合物的研究进展

在生物技术和生命科学等领域常依赖抗体的特异识别作用来实现目标蛋白质的分离、分析和检测。以蛋白质为模板的分子印迹聚合物有望取代这些昂贵的抗体,但交联聚合物网络中大分子的传质限制是蛋白质分子印迹研究中面临的一个重要问题。纳米结构的蛋白质印迹材料具有较高的表面积与体积比及较浅的印迹位点,很大程度上可克服这一问题。本文详细介绍各种纳米蛋白质印迹聚合物的制备方法,分析各自的优势和不足,并简要介绍其应用。     

化学化工中结构的多层次和多尺度研究方法

多尺度的术语现在被广泛地使用 ,例如Ｖｉｌｌｅｍａｕｘ[1] 提出计算化学工程的多尺度应用 ,Ｌｅｒｏｕ[2 ] 和Ｎｇ的文章“化学反应工程 ,研究多目标任务的多尺度方法”等 ,但不同学者所认同的“尺度”的含义可能并不相同。对于从事化学和化工的人来说 ,传统上最重视的是结构、性能和制备的关系。因此 ,我们最关注的应是结构的尺度 ,或具有一定有序结构的单元的尺度。有序结构具有多层次 ,可按尺度大致区分为以下几种。　　 ( 1 )微观结构 (前纳米 ) :例如分子结构、晶胞结构。图 1是维生素Ｃ的分子结构 ,图中所标尺度是 0 .1ｎｍ ,维生素…     

蛋白质二级结构预测的人工神经网络方法研究

本文比较了五种神经网络方法预测蛋白质二级结构的准确率,并做出初步评价。五种神经网络分别是:误差反传前向网络(BP),径向基函数网络(RBF),广义回归神经网络(GRNN),串并联叠层网络(CF),Elman网络(ELM)。结果显示:GRNN的预测准确率达85.7%,优于其它网络。本文还讨论了训练集样本数及参数的优化对GRNN预测准确率的影响。     

高分子多尺度结构与动力学的固体NMR研究

高分子材料中的微观结构和动力学特征决定了材料的最终物理化学性能,并具有典型的时间和空间上的多尺度特性。在不同时空尺度上表征凝聚态下高分子中多尺度的结构、动力学及其动态演变等问题,进而阐明其结构-性能间的关系一直是高分子科学研究中的挑战性课题。目前,固体NMR技术已成为从原子至100nm的空间和10-9～10s的时间尺度上研究固态高聚物体系中多层次结构和复杂运动并阐明其结构与性能关系的有力工具。本文将综述我们近年来系统构建的多尺度固体NMR实验技术,及其在阐明高分子链结构、链间相容性和相互作用、界面相结构及相区尺寸、以及从高频到超慢链运动等问题中的应用。     

人工分子机器:分子尺度运动的精准化与可视化

分子机器在自然界至关重要,其在生物过程中执行了大量复杂的功能,从而实现不同尺度的动态行为调控.受生物系统的启发,科学家致力于研究人工分子机器在分子尺度下的精准构筑和定向运动,并通过层级组装实现信号传递和功能放大,从而推动动态智能材料的设计发展.但如何利用新方法精准构筑复杂的人工分子机器,如何将分子尺度的运动动态进行“可视化”,以及如何在生命科学研究中发挥其功能,一直是分子机器领域的研究热点.本文基于本课题组的工作,系统介绍了人工分子机器在分子尺度的精准结构构筑、信号输出以及其在跨膜运输方面的研究.最后总结了该领域在多尺度精细化和功能化方面的挑战,并展望了分子机器在宏观智能材料领域的发展前景.     

紫外圆二色光谱预测蛋白质结构的研究方法

介绍了蛋白质紫外圆二色性(CD)产生的原理及其与蛋白质结构的关系。评述了用远紫外CD预测蛋白质二级结构的方法原理、参考蛋白、拟合算法和拟合程序,以及方法存在的问题。近紫外CD与蛋白质的三级结构密切相关,近紫外蛋白质CD反映芳香氨基酸残基、二硫键等微环境的变化,表征着丰富的蛋白质三级结构的信息。     

受生物启发的多尺度微/纳米结构材料

简要介绍了自然界中几种具有特殊结构和功能的生物体,其宏观性质与其表面的微纳米结构有着密切的关系,概述了近几年来仿生合成多尺度零维/一维微纳米材料的研究进展,并进行了简要的分类,展望了多尺度微纳米材料未来的发展方向.     

纳米颗粒与蛋白质分子的相互作用

纳米技术的快速发展和广泛应用前景,引起了人们对纳米生物效应和安全性问题的普遍关注。为保证纳米技术的健康持续发展,纳米颗粒与生物体的相互作用以及产生的生物学效应不容忽视。为充分了解纳米颗粒物产生的生物学效应,阐明纳米颗粒如何进入生物体以及与生物体相互作用的分子过程至关重要。在总结国内外相关研究的基础上,本文介绍了纳米颗粒进入机体的主要途径,并系统综述了纳米颗粒与蛋白质分子的相互作用及其表征方法,以及纳米颗粒与蛋白质相互作用对蛋白质结构功能和纳米颗粒生物效应的影响。     

核磁共振法研究蛋白质和多肽的结构和功能

核磁共振法广泛应用于解析化学物质结构和化学反应性能，并已发展为生化学和分子生物学的重要实验技术，文章介绍ＮＭＲ基本应用参数和现代技术发展，综述了ＮＭＲ研究蛋白质和多肽的结构和功能的最新研究进展。     

受限纳尺度下蛋白质输运的主动操纵技术

蛋白质是人体细胞、组织的重要组成部分,与众多代谢活动密切相关,它们的一些微小改变就可能引发人体的重大疾病.因此,蛋白质检测是生物化学领域的重要课题.纳米孔技术能够在单分子水平甚至单氨基酸水平上实时检测蛋白质,有望成为最低成本和最高效的蛋白质检测方法之一.然而,使用纳米孔检测蛋白质时,由于实验条件和检测策略的原因,使得蛋白质在纳米孔中驻留时间过短,无法从蛋白质捕获的电信号中清晰地反映更多的生物细节信息.解决这一问题的关键在于控制蛋白质通过纳米孔时的输运速度,满足传感器件带宽的要求.本综述从外部力场竞争、内部力场相互作用、亲疏水相互作用、空间位阻效应等角度综述了蛋白质在纳米孔中输运的主动操纵技术,目的是提高纳米孔对蛋白质的捕获频率,延长蛋白质在纳米孔内的驻留时间,以实现高分辨率的蛋白质检测,充分揭示蛋白质分子的构象变化机制、反应动力学,甚至实现蛋白质测序等.最后对纳米孔传感技术在蛋白质检测方面存在的巨大挑战和发展趋势进行了详细展望和总结阐述.     

蛋白质结构的FT-IR研究进展

随着蛋白质使用领域的增加,迫切需要知道它在不同环境中的结构特征及生物活性。目前,测定蛋白质结构的方法很多,包括X射线衍射技术、圆二色光谱(CD)、质谱、FT-IR等。FT-IR(傅立叶变换光谱)法不仅能够测定不同环境中的蛋白质结构及生物活性,而且能够测定其二级结构的相对含量。本文简要综述FT-IR技术用于蛋白质结构的研究进展。     

光学单分子方法探测蛋白质的功能

过去20年中, 光学单分子探测的方法已经发展成为许多领域、特别是生物学领域研究的强有力工具. 单分子探测不仅能够给出物理量的平均值, 还可以给出有关分布的信息, 也能对一个分子的轨迹进行追踪. 这些独特的性质使单分子探测不仅仅在平衡体系, 如蛋白折叠、酶反应动力学、膜表面动力学等研究中发挥作用, 而且对非平衡体系的探测更具有其它方法无法比拟的优势, 同时单分子探测在生物活体中追踪分子时也有关键作用.     

蛋白质相互作用的研究方法

生物体的生理功能主要由细胞中的蛋白质控制和调节。其中,多数蛋白质是通过与配体结合或是作为蛋白质复合物中的一部分参与细胞的代谢过程。因此,研究蛋白质间的相互作用是理解生命活动的基础。本文对现有蛋白质相互作用的研究方法和技术进行了评述。     

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。     

蛋白质的结构预测和分子设计

蛋白质的结构预测及分子设计是适应基因工程的需要发展起来的对蛋白质的空间结构进行研究并在此基础上提供蛋白质改造方案的方法。通过对已知的蛋白质结构数据进行总结、分析,结合分子力学、分子动力学等计算方法可以进行某些种类的结构预测。在对蛋白质的结构与功能研究的基础上可以提出改造方案,从而进行有目的的分子设计。     

基于ZnO纳米线的圆柱形微纳米跨尺度结构的制备与表征

基于水浴法在光纤纤芯上合成了ZnO纳米线, 得到了圆柱形微纳米跨尺度结构. 将纳米级的随机粗糙表面叠加到微米级的圆柱形基底上, 实现了对圆柱形跨尺度结构表面形貌的仿真分析. 采用扫描电子显微镜(SEM)并结合Matlab图像处理算子对跨尺度结构的表面形貌和ZnO纳米线的几何特征参数进行了表征. 与ZnO纳米线薄膜实际轮廓提取出的特征参数相同, 对均方根粗糙度为39.2 nm、偏斜度为0.1324及峭度为2.7146的圆柱形粗糙表面进行了仿真, 验证了仿真表面与实际轮廓的一致性. 建立了合成工艺参数对ZnO纳米线的长度、直径及长径比等几何特征参数的影响关系, 确定最佳工艺条件为: 种子层溶液Zn²⁺浓度为1.0 mmol/L, 生长液Zn²⁺浓度为0.03 mol/L, 生长时间为1.5 h, 水浴恒温90℃.     

小麦蛋白质的流变行为及蛋白质塑料的结构与性能

基于作者在对小麦蛋白质溶液动态流变行为、增塑小麦蛋白质等双轴拉伸流变行为、小麦蛋白质塑料制备与性能等研究的最新结果,阐述了pH、温度等对小麦蛋白质溶液动态流变行为的影响;根据Hybrid模型,考察了醇溶蛋白分子的旋转运动、弯曲运动、高频耗散等对流变行为的贡献;分析了形变速度、蛋白质含量、网络形成时间与增塑蛋白质等双轴拉伸流变行为的关系,阐明了分维蛋白质网络的形成机制;探讨了采用热压方法制备小麦蛋白质塑料的工艺参数、交联、化学改性等对微观形态与宏观性能的影响.     

高分子多尺度结构构筑及其在生物医学中的应用

美国斯坦福大学化学系教授Richard N.Zare于1997年提出[1]:“由化学家来构造生命”是21世纪最伟大的挑战之一,即“用化学的方法去得到能自我复制、自我组装,甚至有进化可能性的系统”是当今对化学家最严峻的挑战之一。为什么研究生命体系要寄希望于化学家呢?因为一则生命体系由     

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。