Alpha-突触核蛋白与完整线粒体相互作用的NMR研究

天然无结构蛋白alpha-突触核蛋白（α-synuclein）能影响线粒体的形态、动力学及损害线粒体正常功能,被认为是帕金森症的致病机制之一.α-synuclein与线粒体模拟膜及分离提取的完整线粒体的相互作用研究是理解该蛋白如何影响线粒体的有效途径.文献报道α-synuclein能与磷脂模拟的线粒体内膜相互作用却不与模拟的外膜相互作用,且N端在与线粒体的结合中扮演重要角色,但具体的作用位点仍不十分清楚.本文利用核磁共振（NMR）方法研究了α-synuclein与大鼠肝脏中分离的完整线粒体的相互作用,发现α-synuclein能与线粒体外膜相互作用,且作用区域位于α-synuclein N端的前60个氨基酸残基.这一结果与文献报道并不相同,可能是因为α-synuclein与线粒体外膜的作用不仅依赖于膜组分,可能也和膜的曲率或膜上其他组分等相关,而这些是模拟膜所不易体现的.同时,我们的研究也证实NMR是研究蛋白质与分离完整线粒体相互作用的有效方法.     

运用NMR研究白蛋白与脂肪酸的相互作用

脂肪酸在哺乳动物的能量代谢中发挥着至关重要的作用,同时也是合成细胞膜磷脂和其他生物活性化合物的重要物质.脂肪酸在血液中的溶解度很低,主要以与蛋白质结合状态存在,白蛋白是游离脂肪酸的主要运输者和储存者.因此,研究脂肪酸和白蛋白的相互作用具有非常重要的医学和生物学意义.本文主要利用基于核磁共振（NMR）的组氨酸选择性检测技术T₂W-RD-WaterLOGSY研究天然同位素丰度人血清白蛋白（HSA）与脂肪酸的相互作用,结果发现脂肪酸结合前后,HSA的特征组氨酸谱图变化明显,部分组氨酸信号的相对强度随脂肪酸浓度的增加而不断减小,相应的滴定曲线分析表明HSA表面有两个强的脂肪酸结合位点.此外,部分谱线的化学位移变化说明HSA和脂肪酸的强结合还会引发HSA相应的构象变化.     

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.     

GB1与金属离子相互作用的NMR研究

G群链球菌G蛋白的B1结构域——GB1蛋白,常被用作发展体外及体内基于顺磁核磁共振（NMR）的蛋白质结构测定方法的研究模型.为确保赝接触化学位移（PCS）、顺磁弛豫增强（PRE）等顺磁约束数据的准确性,了解GB1和金属离子,尤其是顺磁离子的相互作用非常必要.然而GB1和二价金属离子以及镧系金属离子的相互作用并不十分清楚.本文利用NMR波谱研究了GB1和镧系金属离子以及多种二价金属离子的相互作用.我们发现GB1和镧系金属离子之间存在弱特异性相互作用,和Mn²⁺、Cu²⁺以及Co²⁺等顺磁二价离子弱结合,但不与Ca²⁺、Mg²⁺以及Zn²⁺等抗磁二价离子结合.该研究表明在GB1上链接顺磁探针时,应使用与固有位点结合常数差异明显的顺磁标签以获取正确的PRE数据.     

NP-10与单链、双链季铵盐三种复配体系相互作用规律的NMR研究

通过核磁共振（NMR）技术研究了阳离子表面活性剂,包括单链（DTAC）和双链（C₁₂-C₄-C₁₂和C₁₂-C₈-C₁₂）氯化物季铵盐,与非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）组成的3种复配体系的相互作用及作用点、排列方式、混合胶束中分子间与分子内作用的变化规律等.2D NOESY技术证明了这3种复配体系相互作用力大小顺序为NP-10/C₁₂-C₈-C₁₂ > NP-10/C₁₂-C₄-C₁₂ > NP-10/DTAC,它们的相互作用点相同但作用点数目不同.自扩散系数显示NP-10对混合胶束的动力学半径影响大于季铵盐.弛豫时间表明,当NP-10/DTAC和NP-10/C₁₂-C_s-C₁₂（s=4或8）的混合摩尔比分别为1：3和1：2时,复配体系中分子间的相互作用力开始减小,分子内作用开始起主导作用,这暗示它们最佳摩尔配比分别为1：3和1：2,空间距离也佐证了这一结论.     

用核磁共振方法研究金属离子与蛋白质的相互作用

许多蛋白质含有金属离子,金属离子对蛋白质发挥生物学功能起着很大的作用. 金属离子与蛋白质的相互作用以及参与蛋白质功能调节的方式各种各样：有些金属离子高度专一性地与蛋白质紧密结合,对蛋白质发挥生物学功能起着关键性的作用;有些金属离子只是作为蛋白质发挥功能的辅助因子而瞬态地与蛋白质松散结合. 本文简要介绍目前国际上用NMR方法研究抗磁金属离子和顺磁金属离子与蛋白质相互作用的进展,并具体介绍了NMR方法在钙调蛋白、锌指蛋白、朊病毒蛋白等金属离子蛋白研究上的应用.     

离子对人血清白蛋白影响的1H NMR研究

人血清白蛋白（HSA）上有很多的结合位点,对药物及内源性物质的运输有很重要的作用.由于HSA分子量大且结构复杂,核磁共振（NMR）谱图信号重叠严重,因此使用常规的NMR技术很难获得天然丰度HSA上结合位点的信息.我们通过新的谱编辑技术,将横向弛豫加权（T₂W）与RD-WaterLOGSY技术相结合（即T₂W-RD-WaterLOGSY）,观察到了天然丰度HSA表面的一些明显的特征信号,且这些信号的分辨率较高;通过pH滴定和2D ¹H-¹H TOCSY实验,我们对观察到的信号做了初步指认,发现部分信号来自于HSA表面的组氨酸;然后,我们通过这些特征信号研究了金属离子与HSA之间的相互作用.结果表明该技术可用于简化天然丰度HSA的谱线,在不对HSA进行突变的情况下,能反映了Zn²⁺与HSA的强结合作用以及结合位点等信息.     

聚酰胺66溶液弛豫行为的NMR研究

用1D和2D NMR技术归属了聚酰胺66的1H和13C的NMR共振信号,并通过聚酰胺66溶液温度和浓度改变对氢核弛豫时间的影响,得到了其分子运动信息.结果表明随着温度的升高,聚酰胺66链间氢键逐渐解离,大分子链间相互作用逐渐减弱.而解离出来的链段又与溶剂小分子可以形成新的氢键,使聚酰胺66链卷曲并包含着部分溶剂分子一起运动.随着溶液浓度的增大,由于分子链间距变小,使得分子间作用力增强,链缠结程度加大,使链运动受限.     

代谢组NMR分析与药物毒理研究

代谢组学是定量研究生物体内源性代谢物整体及其变化规律的科学,是系统生物学的一个重要组成部分. 通过代谢组分析,可以较为全面地认识给定生物系统受内因或外因的影响后其生物化学过程变化的规律. 目前,代谢组分析检测技术主要包括核磁共振波谱技术及色谱-质谱联用技术. 代谢组数据分析和挖掘技术主要包括非监督与监督的多变量分析模式识别方法. 目前已被广泛应用于病理生理、基因功能、药物毒理和环境毒理等领域. 该文简要综述了代谢组NMR分析中的实验设计、NMR谱的获取、模式识别技术和代谢组学在药物毒理评价中的应用.      

皂苷Tb2个糖基化产物的NMR研究

利用¹H NMR、¹³C NMR、COSY、HSQC和HMBC等多种核磁共振技术,结合MS技术,确认了皂苷Tb的2个糖基化产物的结构,即偏诺皂苷元-3-O-α-D-葡萄糖-(1→3)[α-L-鼠李糖(1→2)]-β-D-葡萄糖苷（1）和偏诺皂苷元-3-O-α-D-葡萄糖-(1→4)-α-D-葡萄糖-(1→3)[α-L-鼠李糖-(1→2)]-β-D-葡萄糖苷（2）. 化合物1和2为新化合物,对其¹H NMR和¹³C NMR信号分别进行了全归属和详细分析.     

含NGR的多肽与肿瘤细胞作用的NMR研究

NGR为肿瘤血管特异导向肽,将其与功能肽KV7连接构建成一导向功能多肽NGR-KV7;为研究该多肽与人肿瘤乳癌细胞的相互作用,应用核磁共振技术来探讨该多肽与细胞的作用位点和亲和性;通过¹H NMR和T₂弛豫谱的分析,推断该多肽分子与人乳癌细胞结合紧密,亲和程度高.     

壳聚糖和N-羟基苯并三氮唑相互作用的NMR研究

运用液体¹H谱、固体高分辨13C谱以及脉冲梯度场测量自扩散系数等核磁共振技术,研究了壳聚糖（CS）和N-羟基苯并三氮唑（HOBt）的相互作用.结果表明,CS重复单元中2位碳上的-NH₂和HOBt唑环上的-OH之间存在较强的氢键作用,HOBt的存在可以促进CS在水溶液中的溶解,使得在水溶液中对CS进行化学改性成为可能.通过测量CS与HOBt混合溶液中HOBt的自扩散系数,计算出复合物结合与解离的平衡常数K.     

木果楝中Xyloccensin K的NMR研究

从红树植物木果楝的果实中分离并鉴定了2个limonoid 类化合物Xyloccensin K和 6-acetoxycedrodrorin，应用高分辨NMR 技术对Xyloccensin K 的¹H 和¹³C NMR 数据进行了准确的归属，并纠正了文献中部分碳氢信号归属的错误.     

蝎毒素LmKTT-1a 与胰蛋白酶相互作用研究

LmKTT-1a 是最近发现的一个蝎毒素，该多肽分子不仅具有钾离子通道调节剂的功能，还具有胰蛋白酶（Trypsin）抑制剂的活性，是第一个被发现的双功能蝎毒素．虽然前期工作已对LmKTT-1a 的溶液结构和钾离子通道调节剂的功能进行了研究，但未阐明LmKTT-1a 和Trypsin 的作用方式和位点．文中利用液体NMR 的手段，采用化学位移扰动分析的方法，确定了LmKTT-1a 的loop 区域V10~F17 等氨基酸位点可能参与了与Trypsin的相互作用．进一步采用定点突变的方法验证了NMR 实验的结果，并确认了LmKTT-1a与Trypsin 相互作用最关键的氨基酸位点是K14．该研究结果有助于进一步理解LmKTT-1a具有双功能活性的结构基础．     

一种新的六氢喹啉衍生物的NMR研究

应用¹H NMR,¹³C NMR,DEPT,¹H-¹H COSY,HSQC,HMBC等多种NMR实验测试分析方法,确证了一种新的六氢喹啉衍生物2,7,7-三甲基-4-(4-羟基-3-甲氧基）苯基-5-氧代-1,4,5,6,7,8-六氢喹啉-3-羧酸甲酯的结构,并对它的¹H、¹³C信号进行了归属.     

2-酮基-L-古龙酸结构发生改变的核磁共振研究

发现并揭示了2-酮基-L-古龙酸在许多种溶剂中发生了结构改变,该物质在室温条件下,无需施加任何外力因素,分子中极易发生分子内成环结构变化:分子中的羰基(-C=O)双键断开变单键,形成了2,5位半缩醛五元环衍生物,使分子内出现了O-C-O基团,其标题化合物的核磁共振碳谱(13C NMR)羰基特征峰的化学位移(约200)变到了96,核磁共振2D HMBC异核相关谱,充分证明了2-酮基-L-古龙酸发生的分子内环合成衍生物的主要产物是五元环的2,5位半缩醛衍生物,而非六元环的2,6位半缩醛衍生物.     

广西大风子中2个新木脂素的NMR研究

从广西大风子的皮中分离得到两个新木脂素1和2,并通过高分辨质谱和核磁共振确定了其结构. 利用多种二维核磁共振技术,包括HSQC, HMBC, DQF-COSY 和NOESY谱,对其碳氢信号进行了全归属. 毛细管电泳分析显示1和2均为外消旋体.     

单链和gemini表面活性剂的NMR研究

应用核磁共振技术,对几种典型的表面活性剂在水溶液中的聚集行为、结构特征、动力学特性和相互作用等进行了研究. 
利用1D ¹H NMR方法测得4-癸基萘磺酸钠（SDNS）在313 K温度时的临界胶束浓度（CMC）在0.82~0.92 mmol/L之间,与报道的298 K时的CMC范围相同. 弛豫时间和2D NOESY实验结果表明,与298 K时的SDNS胶束相比,313 K温度时,SDNS胶束中烷烃链排列得更紧密,其中与萘环相连的第一和第二个亚甲基参与了胶束紧密层的形成,更紧密地堆积在萘环之间. SDNS质子T₂值随温度的变化表明,在单体和胶束两种状态下,质子运动对温度的敏感性明显不同. 由自扩散系数分析得到,SDNS胶束的水合半径约为其单体水合半径的5.3倍. 而在十二烷基磺酸钠（SDSN）胶束中,由于静电排斥力的作用,在同样温度下SDSN的胶束紧密层排列比SDNS更疏松. 
NMR实验表明,在SDNS/Triton X-100 (TX-100)和SDNS/SDSN体系中形成了混合胶束. 在SDNS/TX-100混合胶束中,TX-100的苯环靠近SDNS的烷烃链,而它的聚烷氧链除与苯环相连的第一个乙氧基基团以外都被限制在SDNS的萘环附近. 在SDNS/SDSN混合胶束中,SDSN的磺酸基比SDNS分子更靠近胶束内部. 而SDNS的萘环将SDSN的磺酸基分隔开,在降低带负电荷的磺酸基极性头之间的静电排斥力中起到了积极的作用,有助于混合胶束的形成.
从自扩散系数、横向弛豫和质子距离等NMR测定参数推测,在浓度为0.26 mmol/L（318 K）的N,N′-双(十六烷基二甲基)-α,ω-丙烷溴化铵(16-3-16)溶液中形成了近似球形的胶束,胶束表面的带正电荷的铵基极性头呈锯齿状排列以减弱分子间静电排斥力的影响. 弛豫时间测定表明,与N,N′-双(十六烷基二甲基)-α,ω-丁烷溴化铵(16-4-16)相比,16-3-16在胶束表面的spacer链段更僵硬, 在胶束核区的烷烃侧链排列的更紧密. NMR共振峰的线形分析表明,16-3-16和16-4-16侧链末端的甲基在胶束中位于两个不同的位置.      

双过氧钒配合物与2-甲基咪唑相互作用的NMR研究

为探讨过氧钒配合物上有机配体对反应平衡的影响,在模拟生理条件下（0.15 mol/L NaCl溶液）应用多核（¹H, ¹³C, 和⁵¹V）多维（COSY和DOSY）NMR以及变温技术等谱学方法研究双过氧钒配合物[OV(O₂)₂L]^n- {n=1~3, L=oxalate （缩写为oxa）, picolinate（缩写为pic）, bipyridine（缩写为bipy）, 和1,10-phenanthroline（缩写为hen）,与它们配位的含钒物种分别缩写为bpV(oxa), bpV(pic), bpV(bipy)和bpV(phen)}与2-甲基咪唑（缩写为2-Me-Imi）的相互作用,实验结果表明2-Me-Imi与4种双过氧钒配合物的反应性从强到弱的顺序为：bpV(oxa)>bpV(pic)>bpV(bipy)>bpV(phen). 研究表明金属中心上配体的配位能力和空间位阻都对反应平衡产生较大的影响, 同时竞争配位的结果导致新的六配位的过氧物种[OV(O₂)₂(2-Me-Imi)]-的生成.