基于NMR自旋弛豫技术的蛋白质动力学研究

蛋白质的三维结构在很多情况下不能很好地解释其在生理过程中的作用机制. 动力学研究能够获悉蛋白质在不同时间尺度下的内运动信息,建立起动态结构和生物功能的联系. 该文综述了通过NMR自旋弛豫技术研究蛋白质动力学的原理和方法：ps~ns的快运动分析主要采用约化谱密度函数映射和Modelfree方法;μs~ms的慢运动涉及化学/构象交换过程,常借助CPMG和R_1ρ弛豫色散手段. 基于NMR的蛋白质动力学研究,将蛋白质科学从三维空间结构推进到四维时空结构的新层面.     

EPR和NMR自旋标记法研究部分折叠蛋白质构象

部分折叠蛋白质的特征是在溶液中有部分二级结构,但是三级结构接触比较松散或者较少,其意义可能是蛋白质折叠过程的中间态,或者有重要的生理功能. 利用EPR和NMR波谱可以表征其构象特征,从而构建其二级结构、三级结构、四级结构以及构象变化的结构模型. 利用分子生物学的点突变技术可以在蛋白质主链上插入1个或2个半胱氨酸残基,然后把顺磁自旋标记物特异地共价结合在半胱氨酸的侧链巯基上来制备自旋标记样品. 位点特异性自旋标记电子顺磁共振（SDSL-EPR）波谱是通过测定2个自旋标记间的偶极相互作用,从而推测2个硝基氧自由基间的距离. 核磁共振（NMR）波谱则是通过测定单个自旋标记中心对周围原子核驰豫效应增强（PRE）的效应,推测出顺磁中心相对于周围原子核的距离. 连续波EPR和NMR自旋标记方法可以测定2.5 nm左右的偶极相互作用距离,属于长程的距离约束,这对于确定部分折叠蛋白质的构象至关重要. 该文将就蛋白质部分折叠态研究的生物学意义,自旋标记方法以及EPR和NMR方法研究其构象特征举例描述.     

19F NMR技术在蛋白质研究中的应用

因为¹⁹F核自身的特性,如自旋为1/2;丰度高(100%),具有与¹H相当的灵敏度;化学位移分布广且对环境敏感;绝大部分生物体内都不含¹⁹F因而无背景干扰等;¹⁹F NMR自诞生以来就成为非常有吸引力的研究手段. 现在,¹⁹F NMR已被广泛用于核磁共振成像、药物化学及生物大分子的研究,各个方面均有较多的相关文献综述. 该综述将集中讨论¹⁹F NMR在蛋白质研究中的应用,包括蛋白质¹⁹F标记方法,¹⁹F NMR在蛋白质结构、 动力学、蛋白质折叠、蛋白质与药物的相互作用及In-cell NMR中的应用.     

用异核多维NMR技术研究蛋白质动力学

蛋白质在溶液中的三维空间结构、动力学与蛋白质生物功能的关系是在分子水平上理解生命现象的重要基础. NMR技术在研究蛋白质动力学方面具有独特的优势,所能表征的运动过程相关时间尺度很广. 文章综述了异核多维NMR技术研究蛋白质动力学的实验技术和理论方法,介绍了描述蛋白质动力学的内运动参量的意义和Model-Free 方法,并举例说明¹⁵N弛豫测量实验被用于研究蛋白质及其与配体复合物的动力学.      

多肽和蛋白质NMR预饱和实验中饱和转移效应的研究

通过改变预饱和照射时间研究了一些多肽和蛋白质分子在水溶液中的饱和转移效应.定量分析了在照射60s之后大分子中绝大多数酰胺质子仍不受影响的原因.结果表明:具有稳定的三维溶液结构的蛋白质(如溶菌酶)中,活泼氢的信号基本上不受饱和转移影响;对于溶液结构比较稳定的多肽和蛋白质(如胰岛素),只有少部分酰胺质子信号强度受到影响;小分子六肽因为溶液中不存在稳定的构象,饱和转移效应十分显著.因此对于溶液中多肽与蛋白质构象的NMR研究,预饱和仍不失为一种简便而有效的溶剂峰压制技术.     

残留偶极耦合及其在蛋白质结构研究中的应用

近年来溶液中残留偶极耦合常数被用来获取生物大分子化学键之间相对取向等长程构象约束条件,用于计算或优化蛋白质及其复合物的三维空间结构. 介绍了用异核多维NMR技术测量残留偶极耦合常数的方法,及其在蛋白质结构计算中的一些应用：优化蛋白质溶液结构,评价蛋白质结构质量,确定蛋白质结构域取向,获取有关配体的构象和取向的信息,在缺乏NOE数据时构建蛋白质结构等.      

极端中和表型HIV包膜蛋白gp120的高温分子动力学模拟研究

作为HIV侵染细胞的蛋白质机器,包膜蛋白gp120利用序列变异和结构柔性等策略逃避宿主免疫识别,是病毒呈现出不同中和表型的主要原因.尽管HIV中和表型的分子机制已被初步探索,但其热力学相关的分子基础仍待进一步阐明.本研究利用同源模建的方法构建了极端中和表型HIV毒株(中和抵抗毒株H061.14与中和敏感毒株R2)的gp120结构模型,在逐渐升高的温度梯度下进行了高温分子动力学模拟,以研究二者在结构稳定性、解折叠和构象柔性上的差异.结果表明,HIV中和表型与gp120的热力学性质呈正相关,与解折叠程度无必然关联.各温度下gp120的结构偏差、天然接触含量、构象群体分布,以及单残基柔性的比较清楚地说明,中和敏感比中和抵抗gp120表现出更大的结构偏差、更多的构象状态和更高的构象柔性,但两者具有相似的解折叠程度.由极端中和表型HIV包膜蛋白gp120显著不同的热力学性质可以推断,HIV很可能利用gp120的热力学性质来调节其构象,进而平衡病毒侵染和免疫逃避之间的矛盾.我们的研究不仅揭示了极端中和表型HIV包膜蛋白gp120的在构象柔性和结构稳定性上的差异,同时还从高温解折叠热力学的角度明确了...     

非天然氨基酸在蛋白质动态特性核磁共振研究中的应用

核磁共振（NMR）是蛋白质结构解析的主要方法之一.除可获得蛋白质的高分辨结构外,NMR还可用于观测最接近生理条件的蛋白质动态构象,获得蛋白质行使生物学功能的详细机制.非天然氨基酸定点标记方法可显著减少大分子量蛋白质的信号数目,降低数据采集和分析难度,已广泛运用于蛋白质结构和功能研究.本文介绍了常用的在蛋白质中引入非天然氨基酸的实验方法,包括蛋白质化学合成法、蛋白质化学修饰法、氟代芳香族氨基酸插入和基因密码子编辑的位点特异性插入等方法,并介绍了部分应用非天然氨基酸结合NMR研究大分子量蛋白的成功案例.此外,此篇综述讨论了目前非天然氨基酸标记在蛋白质研究中的局限性及发展方向.     

THz时域光谱在蛋白质研究中的应用进展

太赫兹时域光谱 (THz-TDS)是基于飞秒超快激光技术的远红外波段光谱测量新技术,近年来在生命科学、医学制药、安全检测等不同研究领域中的应用进展迅速。文章结合THz-TDS技术的特点及其在生物分子光谱学研究中的物理基础,介绍了近年来利用THz-TDS技术研究氨基酸、肽和蛋白质的结构、构象、动力学及无标记检测等方面取得的成果和最新进展;总结了不同实验条件下测定的不同氨基酸、同种氨基酸异构体及肽在THz波段的吸收系数和折射率,并对不同实验室测定的结果进行了比较;阐述了THz-TDS技术研究干的、含水的蛋白质粉末以及蛋白质溶液的构象及动力学;介绍了THz-TDS技术在生物素-抗生物素蛋白无标记生物传感中的应用,并初步探讨了该技术在生物分子领域应用中有待解决的问题及发展前景。     

吉马烷型倍半萜构型和构象的NMR数据分析

吉马烷型倍半萜是众多倍半萜结构骨架类型中最为丰富的一种. 由于它们是十元环化合物,因此在立体结构上有许多变化. 动力学NMR变温实验 、一维NOE差谱及二维NOESY等核磁共振技术研究表明,吉马烷型倍半萜存在4种构型异构体,每1种构型又有多种不同的构象式,但总是倾向于形成最稳定的构象. 本文通过NMR数据分析对4种构型式及每1种构型的相对稳定构象进行了探讨.     

On the calculation of the gauge volume size for energy‐dispersive X‐ray diffraction

Equations for the calculation of the dimensions of a gauge volume, also known as the active volume or diffraction lozenge, in an energy‐dispersive diffraction experiment where the detector is collimated by two ideal slits have been developed. Equations are given for equatorially divergent and parallel incident X‐ray beams, assuming negligible axial divergence.     

The effects of lung volume initiation on speech: a perceptual study

Audio recordings were made while six vocally untrained individuals read sentences aloud after breathing to three different lung volume levels-typical, high, and low. A perceptual experiment was conducted on these speech samples. The perceptual experiment consisted of a two-alternative forced-choice design, in which listeners heard matched pairs of sentences and were asked to identify which sentence in the pair departed from normal sounding speech. The results of the perceptual experiment showed that listeners can accurately discriminate between speech produced at both lung volume extremes. The percentage of correct identification was higher for speech produced at low lung volumes than that for high lung volumes. Factors such as order of presentation and removal of SPL as an acoustic cue made little difference in the ability of listeners to discriminate lung volume level from the speech signals.     

Comparison between a thin matrix decomposition method and the rigorous coupled wave theory applied to volume diffraction gratings

Diffraction gratings have been an interesting field during the last decades. A great deal of research has been done in order to understand how light propagates inside diffraction gratings. Since its formulation, the Rigorous Coupled Wave Theory (RCWT) has been applied to different periodic structures providing a basis to check the validity of approximate theories, such as Kogelnik's coupled wave theory or the coupled wave theory neglecting second derivatives. In this work we will compare the results of the diffraction efficiencies of the first and second orders at second on-Bragg replay angular condition, obtained by using an analytical formula provided by Alferness using an approximate thin-matrix decomposition method (TMDM) with the results obtained by using the RCWT. Good agreement between the results obtained using TMDM and the RCWT were found.     

范德瓦耳斯气体体积修正的新计算方法

范德瓦耳斯方程能够较好地描述实际气体的热力学过程,方程中的参数b是因实际气体分子的体积而引入的修正量.本文通过考察分子之间的相互碰撞事件,计算得到了范德瓦耳斯气体体积的修正值,约等于1 mol气体所有分子体积总和的4倍,结果与其他方法得到的结果一致.这是一种新的计算思路和方法.     

基于CT序列图像的旋转体积测量方法

针对工程应用中常见的轴向变化剧烈工件,研究一种Zernike矩亚像素层间拟合轮廓旋转积分的高精度体积测量算法。首先用Zernike矩方法提取亚像素级轮廓,其次采用多项式拟合切片轮廓,并进行等相角间隔采样;然后对等相位的轮廓点采用多项式拟合并通过外插法自动预测工件顶端,将各拟合轮廓旋转一个相角,对旋转块积分并累加得到待测工件的体积。分别对体积相等的3个试块进行CT扫描测量实验,结果表明该算法的测量误差低于0.7%;对实际含内腔工件进行测量实验,结果表明该算法测量精度是Canny台体法的1.5倍。     

Pressure dependence of the reversible hydrolysis of thiazolium salts

Abstract

The hydrolysis of thiazolium salts is studied under varying pressures between 0.1 and 85 MPa. Activation and reaction volumes are obtained for different reaction steps. The results confirm the reaction scheme, where the thiazolium cation forms a pseudobase by addition of an hydroxide ion. The pseudobase can be protonated or can form a ring-opened species, which can further be deprotonated.     

Solvent,salt and high pressure effects on the rate and equilibrium constants for the formation of tri‐n‐butylphosphoniumdithiocarboxylate

Solvent, salt and high pressure effects on the rate and equilibrium constants for the formation of tri‐n‐butylphosphoniumdithiocarboxylate at 298.2 K are reported. This equilibrium is shifted to the phosphobetaine in polar solvents, salt solutions and under high external pressure. The reaction volume changes dramatically on going from less polar diethyl ether (?69 cm³ mol^?1) and tetrahydrofurane (THF) (?66 cm³ mol^?1), to more polar acetonitrile (?39 cm³ mol^?1) and acetone (?38 cm³ mol^?1). Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Finite-volume form factors in semi-classical approximation

A semi-classical approach is used to obtain Lorentz covariant expressions for the form factors between the kink states of a quantum field theory with degenerate vacua. Implemented on a cylinder geometry it provides an estimate of the spectral representation of correlation functions in a finite volume. Illustrative examples of the applicability of the method are provided by the sine-Gordon and the broken φ⁴ theories in 1+1 dimensions.     

体光栅耦合波理论中的能量平衡

基于对体光栅衍射效率的计算分析,本文直接地、精细地讨论了体光栅的功率守恒问题.结果指出:弱耦合前提假定下的双波耦合波二阶理论,不能严格地满足能量平衡准则.