蛋白质在弯曲空间内的折叠

蛋白质是一种由氨基酸所组成的特殊高聚物．一般的高聚物在很低的温度下，都会坍缩成一个球形，但蛋白质却不然，它们一般会折叠成一种特定的紧密形状．如果蛋白质不能折叠成该种形状的结构，它将不能完成其指定的功能，同时也会带来疾病．例如某些未曾折叠的蛋白质可以凝聚成一根面条状的长链，这种结构现在已被证明是对应着神经退化的疾病，如Alzheime症．     

蛋白质结构和功能的紫外共振喇曼光谱研究

紫外共振喇曼光谱技术是研究复杂大分子结构的有力工具。结合作者在美国Pittsburgh University期间所做的工作，介绍了用紫外共振喇曼光谱研究肽和蛋白质结构与功能的现状和进展，N-methylacetamide和glycyglycine水溶液光化学异构过程的紫外共振喇曼光谱研究，简述了紫外共振喇曼光谱实验技术要点。本文还跟踪国际最新研究成果，介绍了利用紫外共振喇曼光谱技术研究蛋白质的折叠和去折叠过程。     

朗之万方程及其在蛋白质折叠动力学中的应用

研究了朗之万方程的动力学性质,并用它模拟了蛋白质分子的折叠过程.首先在相空间中对朗之万方程做连续映射,发现做布朗运动的粒子在位置坐标上存在明显的概率分布,这表明蛋白质折叠过程中分子空间构型是非遍历的.此外,本文还通过数值模拟得到了去折叠态蛋白质的紧密度指标,并验证了它与实验结果以及其他理论方法的一致性.本文还提出了一种利用重整化方法研究熔球体状态蛋白质的理论模型,并提供了考虑疏水基影响的蛋白质折叠过程的模拟思路. 关键词： 朗之万方程 蛋白质折叠非遍历性 紧密度指标 重整化     

蛋白质折叠的非格子模型

用粒子群算法对蛋白质的简化模型进行研究,体系中各原子间的相互作用由一物理势表示.通过全局优化体系的势函数得到蛋白质的结构数据,与实验测得的结构数据之间的均方根偏差RMSD为6.12(A).记录了能量最小值及回转半径随程序运行步骤的变化以及RMSD值与最低能量值的分布关系,这些结果反映了蛋白质折叠的一些基本特征.     

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.     

核磁共振研究中蛋白质样品的同位素标记策略

在运用核磁共振技术研究蛋白质溶液三维结构和动态特性中,蛋白质的同位素标记表达是研究的关键. 至今已发展的同位素标记技术和蛋白质表达系统已获得了广泛的应用,对蛋白质的核磁共振研究起到了巨大的推动作用. 但是随着蛋白质研究的深入发展,原有的一些常规标记表达技术已不能完全适应核磁共振研究的需要. 近年来,陆续出现的一系列同位素标记新技术和蛋白质表达新系统可以满足不同物种来源的蛋白质及更高分子量的蛋白质的核磁共振研究的需要. 本文旨在对这些蛋白质标记表达新技术的方法及应用予以逐一介绍.     

Quasi-physical Algorithm for Protein Folding in an Off-Lattice Model

We study a three-dimensional off-lattice protein folding model, which involves two species of residues interacting through Lennard-Jones potentials. By incorporating an extra energy contribution into the original potential function, we replace the original constrained problem with an unconstrained minimization of a mixed potential function. As such an efficient quasi-physical algorithm for solving the protein folding problem is presented. We apply the proposed algorithm to sequences with up to 55 residues and compare the computational results with the putative lowest energy found by several of the most famous algorithms, showing the advantages of our method. The dynamic behavior of the quasi-physlcal algorithm is also discussed.     

蛋白质表示简化的物理研究

文中概要地描述了“蛋白质折叠”的问题及其统计研究方法 ,并针对根据氨基酸之间相互作用特性进行的氨基酸和蛋白质简化研究进行了较为细致的论述和讨论 ;并指出通过这样的分析 ,我们不仅可以对蛋白质具体的简化字母表示有一定的了解 ,而且对于我们进一步了解蛋白质序列 结构关系有很大的帮助。     

蛋白质表示简化的物理研究

文中概要地描述了“蛋白质折叠”的问题及其统计研究方法 ,并针对根据氨基酸之间相互作用特性进行的氨基酸和蛋白质简化研究进行了较为细致的论述和讨论 ;并指出通过这样的分析 ,我们不仅可以对蛋白质具体的简化字母表示有一定的了解 ,而且对于我们进一步了解蛋白质序列 结构关系有很大的帮助。     

蛋白质电子晶体学

介绍了蛋白质电子晶体学的基本概念，研究对象以及电子显微学三维重构的原理，概括地描述了蛋白质二维晶体生长技术、电镀样品的制备与观察方法和数据处理流程，通过一些典型事例，说明了蛋白质电子晶体学的发展现状，并展望了该学科的发展前景。     

蛋白质三维结构的定量比较与立体显示

介绍了我们自行设计的两个计算软件COMP和DRAW,COMP用于定量叠合比较一组蛋白质分子的三维空间结构.DRAW用于显示蛋白质分子在三维坐标空间的立体图案.     

能够自动折叠成型的纳米容器

设计新的药物运送工具或者试图控制人体中药物之间的反应，都是令化学家头疼的问题。不过，美国马里兰州的研究者可能已经找到了解决办法。马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学的研究者，在《美国化学会杂志》（Journal of the American Chemical Society）在线发表的一篇论文中报告，他们制造出了一种微小的二维镂空平面结构，这种结构能够自动折叠成镂空立方体或其他3D容器。这种容器可用于将化合物运送到化学家希望其进行反应的地方。而金属版纳米容器的去向，可以通过磁场进行控制。     

用发光法测定DnaJ类分子伴侣MRJ对虫荧光素酶体外重折叠的促进作用

蛋白质的折叠使新翻译合成的多肽变成有生物功能的空间结构，因此蛋白质折叠是后基因组时代的重要工作。而在由白质折叠过程中，必须依靠分子伴侣的相互作用，才能保证蛋白质折叠向正确的方向进行。MBJ是一类新发现的DnaJ类分子伴侣，已证实它有调节ATP酶活性和阻止多聚谷氨酰胺凝聚的作用。我们用胍变性的虫荧光素酶作为蛋白质恢复功能活性的分子模型，用生物发光法研究了MRJ对蛋白质重新折叠的作用，发现MRJ确实有促进变性虫荧光素酶重新折叠并恢复其催化活力的功能。而且这种过程需要另一类Hsp60和Hsp70的协助，而这三种分子伴侣组合在一起，功效最好。实验中还发现，MRJ对虫荧光素酶恢复的促进作用是与ATP密切相关的。发光分析是研究分子伴侣促进蛋白质折叠过程的一种灵敏、精确和快速的技术手段。     

获得蛋白质激光脉冲升温光源方法的比较研究

触发蛋白质开折叠可以使用激光脉冲升温溶剂产生温跳的方法。红外光谱研究中常用的激光波长为1.9μm,可以通过钬激光器、半导体激光器和光参量振荡(OPO)等非线性光学的方法来实现频率转换。在拥有Nd∶YAG激光光源的情况下,对由LiNbO3晶体差频、临界相位匹配(CPM)的KTP OPO和高压氢气受激拉曼散射所获得的1.9μm激光输出的实验方法进行了比较。结果表明,受激拉曼散射是获得频率转换最有效而便捷的方法。     

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.      

能带反折叠方法研究进展

基于密度泛函理论的第一性原理方法已经成为人们研究材料结构、性质以及进行新功能材料设计的重要手段。对于掺杂和界面体系,人们常常需要使用超胞来描述。超胞的使用导致能带折叠,从而掩盖能带结构的重要特征,为人们分析掺杂和界面效应对材料能带结构的影响带来困难。本文概述了超胞导致的能带折叠现象,重点介绍了基于平面波和原子轨道的能带反折叠方法、声子能带反折叠方法及相关计算工具,给出了该方法在掺杂和界面体系电子、声子能带结构方面应用的例子,并对该方法进行了展望。     

几种蛋白质的真空紫外CD谱研究

介绍了北京同步辐射装置(RSRF)3B1B VUV实验站在VUVCD谱测量方面的新进展,并对其中几种蛋白质VUVCD谱的测量结果进行了分析.     

Protein structural codes and nucleation sites for protein folding

One of the long-standing controversial arguments in protein folding is Levinthal's paradox. We have recently proposed a new nucleation hypothesis and shown that the nucleation residues are the most conserved sequences in protein. To avoid the complicated effect of tertiary interactions, we limit our search for structural codes to the nucleation residues. Starting with the hypotheses of secondary structure nucleation and conservation of residues important for folding, we have analysed 762 folds classified as unique by SCOP. Segments of 17 residues around the top 20% conserved amino acids are analysed, resulting in approximately 100 clusters each for the main secondary structure classes of helix, sheet and coil. Helical clusters have the longest correlation range, coils the shortest (four residues). Strong specific sequence-structure correlation is observed for coil but not for helix and sheet, suggesting a mapping relationship between the sequence and the structure for coil. We propose that the central sequences in these clusters form `structural codes', a useful basis set for identifying nucleation sites, protein fragments stable in isolation, and secondary structural patterns in proteins (particularly turns and loops).     

0.14 THz瓦量级折叠波导行波管设计

在本课题组此前采用显式方法设计0.14 THz宽带折叠波导慢波结构的基础上,设计了一种0.14 THz瓦量级输出折叠波导行波管。通过CST MWS软件分析结构尺寸对冷测特性的影响规律来确定一组慢波结构参数,然后对电子枪、永磁聚焦系统、输入输出结构、衰减结构及收集极系统进行设计,最后经过CST PS软件进行整管热测特性仿真模拟。此过程不断迭代,最终找到一组结构参数满足频率在0.14 THz、输入功率为20 mW时,折叠波导行波管输出功率大于6 W。为了验证设计的电子光学系统的正确性,加工装配了一根流通管,并进行了流通率测试,测得流通率大于80%。