蛋白质分子理性设计与肌红蛋白功能的调控及拓展

蛋白质分子理性设计,不但对于揭示天然金属蛋白的结构与功能关系,而且对于创造具有性质和功能改善的人工金属蛋白,都是一个功能强大的策略.肌红蛋白(myoglobin,Mb),自然界创造的一种具有多重生物功能的血红素蛋白,已被证明是蛋白质分子理性设计的理想框架.本文主要综述了两个方面,一是对其天然的氧结合与运输、过氧化物酶(peroxidase)和亚硝酸盐还原酶(nitrite reductase,NIR)的功能进行调控,二是将其功能理性拓展到过氧酶(peroxygenase)、血红素-铜氧化酶(heme-copper oxidase,HCO)、一氧化氮还原酶(nitric oxide reductase,NOR)和羟胺还原酶(hydroxylamine reductase)等.这些研究加深了我们对自然界金属蛋白如何工作的理解,也为将来具有实际应用前景的功能金属蛋白的理性分子设计提供了线索.     

金属离子对金属蛋白结构与功能的调控

生命金属在生命过程中以不同的化学方式发挥着重要的作用。质膜、细胞器膜等使不同的生命金属在生物体系中有着不同的隔室化分布,相应的金属蛋白或金属伴侣蛋白在维持金属离子内稳态(homeostasis)中起着关键作用。生命体系中广泛存在着具有两个以上金属离子结合部位的金属蛋白。在确定的生理微环境下,由于金属离子结合热力学性质的不等价,该类金属蛋白的生物学功能取决于所结合金属离子的种类及多少。本文以伴刀豆球蛋白A、铜/锌超氧化物歧化酶、中心蛋白、锌指蛋白为例,介绍了金属离子在调控金属蛋白生物学功能中的作用。因此,深入研究金属离子与金属蛋白结合的热力学性质对于理解生命过程的无机化学基础具有重要意义。     

金属蛋白研究中几个值得注意的动向

本文叙述了金属蛋白和金属酶研究中近年来几个值得注意的发展动向，即与金属离子相关的疾病（特别是神经退行性疾病）、金属离子在蛋白质的折叠、聚集和装配中的作用，金属伴侣分子、金属蛋白的设计和构建、金属蛋白与DNA相互作用。     

金属蛋白的提取分离技术

微量元素在生命活动中起着十分重要的作用。体内微量元素(主要指金属元素)水平的反常、存在形态的变化以及特定的金属酶、金属蛋白的表达、定位、结构和功能等方面的变化常常与某些病理状态相关,甚至是关键的病理环节,所以对生物体系中金属蛋白的定位、含量、化学形态及其结构的高通量分析是生命科学研究领域的重要课题。本文介绍并比较了各种金属蛋白的提取、分离方法(包括高效液相、毛细管电泳和电泳技术)及与之对应的元素分析技术(包括激光剥蚀(LA)-等离子体电感耦合质谱(ICP-MS)、同步辐射(SR)-X射线荧光(XRF)技术等),主要介绍了各种电泳方法在金属蛋白分离中的应用。同时评价各种方法对蛋白结合金属的影响,针对方法的局限性提出了可能的解决办法。     

计算机辅助的金属蛋白设计与改造研究进展

金属蛋白是一类含有金属离子的蛋白的统称,具有特殊的催化活性,在生物体中发挥着重要作用,其结构与功能的关系已经得到了较为充分的研究。在此基础上,通过模拟已知金属蛋白的活性位点,利用计算机辅助设计的方法可以人工设计得到具有特定结构和功能的金属蛋白。本文综述了近期计算机辅助金属蛋白设计与改造领域的研究进展,概括了引入金属离子结合位点和改造蛋白活性的一般规律,总结了计算机辅助设计的优势以及目前存在的问题和挑战,并展望了此领域未来发展的方向和可能的突破点。     

光照条件下酚类与卟啉钴配位作用的研究

卟啉钴是一种模拟金属蛋白络合物,近年来很多人利用其模拟酶进行温和条件下的催化氧化。氧化过程中首先涉及到超氧络合物的生成。据认为轴向碱与卟啉钴发生配位作用所生成的五配位络合物是生成超氧络合物的前提,有关这方面的研究报道很多,但这些轴向碱大多是含氮有机物。在奚祖威等人研究的体系中,虽无轴向碱的存在,但TPP-Co却能将许多酚氧化。他们还研究了α-萘酚与TPP-Co的配位问题,认为α-萘酚的氧化是在卟啉配位区内进行的。我们在此基础上利用原位紫外光谱比较细致地考察了不同酚与TPP-Co的配位作用。     

生物领域中的无机化学(下)

狭义的簇络合物也可以在金属蛋白中找到。例如Fe_4S_4,它是一个顶点交替被铁和硫原子占据的立方体。这样的簇状物已在铁氧化-还原朊(ferredoxine)中发现,它是一个起电子载运和贮存作用的金属蛋白。一般来说,生物金属在有机体内的迁移途径可大致描绘如下:     

膜反应过程及其开发现状

现代高技术之一的膜分离科学近年来取得了举世瞩目的进展。从固膜到液膜,从水膜到气膜,从有机膜到无机膜……,其分支日益扩大,品种不断更新,应用领域也在迅速地拓宽。例如,继广泛应用于化工、医药及食品工业中的水处理之后,膜分离技术又迅速扩大到     

Cu（Ⅱ）-四氮杂十四环-NCS配合物的合成及其晶体结构

希夫碱以及希夫碱与金属离子的配合物具有较好的杀菌、抗癌和某些催化作用[1-3].在金属蛋白模型、磁性相互作用、分子识别,主客体化学以及电致发光、电子传送材料 [4-7]等方面有着十分重要的应用.     

生物无机化学的先驱--记科学家格雷

生物无机化学是一个交叉学科,对于生命科学的发展起到了重要的推动作用,其中加州理工学院的格雷为此做出了卓越的贡献.格雷通过将无机化学知识灵活的应用到生命科学领域而系统阐明了金属蛋白的颜色机理,电子传递过程的物理和化学机理等重要的生命原理,为生物无机化学的发展奠定了坚实的基础.     

血红素蛋白的分子设计新趋向

综述了近年来有关血红素蛋白分子设计所出现的新趋向, 包括氨基酸选择突变与血红素修饰相结合,非天然辅基的引入,非天然氨基酸的引入,辅基与蛋白肽链的共价结合,以及全新血红素蛋白的设计与构建5个方面。这些新发展趋向对研究金属蛋白的结构-功能关系提供了重要的信息,同时也为这些理性设计的新颖金属蛋白分子拓宽了其在生物化学、生物工程和药学上的应用。     

氧桥多核铁配合物的研究进展

氧桥多核铁配合物作为一些金属蛋白和金属酶的模型化合物，得到了广泛的研究。本文综述了这些配合物的研究进展，包括氧桥双核、三核、四核、六核、八核配合物等。     

红外光谱在金属蛋白和金属酶结构研究中的应用

金属蛋白和金属酶结构与功能关系的研究,是生物无机化学的一个重要研究课题。随着研究的深入,各种现代实验技术逐渐被应用于这一领域研究中。自从1966年 J.O.Alben和 W.S.Caughey 第一次应用红外光谱研究一氧化碳合血红蛋白开始,红外光谱在金属蛋白和金属酶结构研究中得到了广泛应用,并取得了其它实验技术所得不到的大量有意义的信     

钛氯活化纤维素固定5′-磷酸二酯酶的研究 Ⅱ.用固定化酶降解核糖核酸

用固定化5′-磷酸二酯酶在75℃及pH5.2的条件下分批降解0.5％浓度的核糖核酸(RNA),用酶量可减少到1.75个活性单位/毫升底物,溶液酶的利用率可提高6倍左右,酶解转化率达70％以上,产品质量符合国家标准。经两次工厂扩大试验结果表明,固定化酶的实际降解效率与实验室结果基本一致。     

金属组学：Wood—Ljungdahl通路中的金属蛋白／金属酶

本文概述了厌氧微生物的Wood-Ljungdahl通路及通路中的一组金属蛋白／金属酶,主要介绍该通路的来源、过程及通路中的四种金属蛋白,金属酶：甲酸脱氢酶、钻铁硫蛋白、乙酰辅酶A合成酶和CO脱氢酶．甲酸脱氢酶催化CO2和甲酸的可逆氧化还原,是CO2转化为甲酸进而转化为甲基四氢叶酸的关键金属酶;钴铁硫蛋白是该通路中的甲基转换器,接受甲基四氢叶酸的甲基之后再传递给乙酰辅酶A合成酶;CO脱氢酶催化CO2与CO之间的可逆氧化还原;乙酰辅酶A合成酶通过浓缩甲基、CO和辅酶A而催化乙酰辅酶A的合成．本文重点对这四种金属蛋白／金属酶的结构、性质、功能及催化机理的研究进展进行了综述．     

木瓜蛋白酶的固定化研究

木瓜蛋白酶具有广谱的蛋白水解酶活性,广泛地应用于啤酒、饮料的澄清,肉类嫩化和复配消化药物等方面。近年来,为了扩大该酶在啤洒澄清上的应用,一些研究者致力于探索该酶的固定化研究,以提高该酶的利用效率,降低生产成本。     

我国生物无机化学的发展

叙述了生物无机在我国的发展。着重从金属离子及其配合物与生物大分子的作用、药物中的金属及抗癌活性配合物的作用机理、稀土元素生物无机化学、金属离子与细胞的作用、金属蛋白与金属酶、生物矿化、环境生物无机化学等七个方面综述了我国已取得的进展和成绩。     

铁硫蛋白和钼铁硫蛋白的结构化学

一、引言比较普遍存在于生物体内的元素大约有30种,其中金属元素17种,它们存在的普遍性如表1所示。这些金属元素与肽链组成一系列的金属蛋白。由于含金属的生物分子在生命中起着丰富多采的作用,而引起生物、化学和物理等领域的科学家的广泛兴趣。近年来已逐渐     

人工金属酶分子设计新进展:肌红蛋白研究实例分析

金属酶在生物体中发挥着多种至关重要的作用,而人工金属酶的分子设计能够调控和拓展天然金属酶的功能,甚至创造出功能更为优越的新型酶分子。肌红蛋白（Mb）是作为血红素蛋白或其他金属蛋白分子设计的理想蛋白模型。近些年,基于Mb蛋白骨架的人工金属酶的分子设计逐渐发展了多种研究策略,包括设计氢键网络、金属结合位点、分子内二硫键、利用蛋白翻译后修饰、引入非天然氨基酸和非天然辅基等。本文着重综述这些方面的最新研究进展,可以帮助我们深刻认识金属酶的结构与功能关系,同时掌握人工金属酶分子设计的思路与方法,从而有助于推动这一领域的快速发展。     

蛋白质功能的扩展与人工金属结合位点的理性设计

生物体系中金属离子在调节金属蛋白的结构和功能中发挥着至关重要的作用。本文综述了利用人工金属结合位点的理性设计来扩展蛋白质功能范围的研究进展,包括在蛋白分子内部通过探索潜在的结合金属位点、重新设计已有的金属结合位点、以及设计全新的金属结合位点的方法来设计人工金属结合位点,和在蛋白分子表面进行设计,来获得结构及功能的转化、研究与纳米材料间的相互作用、以及进行蛋白质分子的自组装。这些研究进展极大地丰富了我们对金属蛋白结构与功能关系的认识。同时,也赋予了我们控制及利用感兴趣蛋白的能力。