蛋白质的天然构象与高分子生物材料的生物相容性

在论述天然象是蛋白质生物功能之根本、肽链－侧基协同作用是蛋白质构建天然构象和完成生物功能的动力所在，以及高分子生物材料吸附对蛋白质天然构象影响等的基础上，进一步阐述生物材料生物相容性与蛋白质构象的关系。结论是，设计与建立能够维持蛋白质等天然构象的表面分子结构是提高高分子生物材料相容性的一个基本方向。     

蛋白质相互作用预测、设计与调控

蛋白质相互作用是生命活动在分子水平上的基本事件. 蛋白质相互作用的三维图像可以给出关键生命活动过程的分子细节. 了解蛋白质相互作用的原理有助于揭示生命活动的机制, 并在此基础上开展有重要价值的蛋白质设计. 本文对于蛋白质相互作用预测、设计和调控研究的近期进展进行了总结归纳, 介绍了作者实验室在相关领域的研究进展, 并对今后的研究方向进行了展望. 主要包括: (1) 蛋白质相互作用网络、蛋白质相互作用机制和蛋白质复合物结构计算分析; (2) 基于序列、结合位点以及复合物结构的蛋白质相互作用预测; (3)蛋白质相互作用设计方法; (4) 利用化学分子调控蛋白质相互作用的方法; (5) 针对蛋白质相互作用的蛋白质药物设计方法.     

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。     

苯胺蓝黑与人血清白蛋白的相互作用及对其构象的影响

利用荧光光谱和同步荧光光谱研究了不同温度下苯胺蓝黑与人血清白蛋白相互作用时的荧光猝灭及构象的变化情况。实验结果表明,苯胺蓝黑与人血清白蛋白之间可以发生相互作用,而且有较强的结合。同步荧光光谱研究了人血清白蛋白与苯胺蓝黑的相互作用中人血清白蛋白构象的变化,结果显示二者结合改变了蛋白质的微环境。热力学参数说明小分子与蛋白质的作用以疏水作用为主。     

亚精胺对溶菌酶构象及催化性能的影响

聚乙烯亚胺是典型的聚阳离子基因载体材料,但是具有一定的细胞毒性,以小分子多胺为基础制备易降解的高分子材料是降低聚乙烯亚胺类基因载体材料的细胞毒性和提高基因转染效率的重要方法。为深入了解聚乙烯亚胺类基因载体材料与生物大分子的相互作用,本文综合应用吸收光谱、共振瑞利散射、圆二色谱和荧光光谱研究典型小分子多胺化合物亚精胺与溶菌酶的相互作用及其对酶的构象、催化活性和催化动力学的影响和机理。亚精胺是两亲性分子,其氨基基团易于质子化而具有较强的静电结合和氢键形成能力,亚甲基基团则具有一定的疏水性。亚精胺较小的分子尺寸和两亲性使其可以穿透进入溶菌酶的疏水核心,与溶菌酶肽链的非特异性结合导致溶菌酶二级结构由α-螺旋向β-折叠和β-转角转变,并导致溶菌酶表面疏水性略微增强。亚精胺与溶菌酶的结合降低了溶菌酶对底物溶壁微球菌的亲和力和最大反应速率,低浓度的亚精胺对溶菌酶的活性具有显著的抑制作用。     

蛋白质-蛋白质相互作用界面统计分析

以作者开发的从蛋白质结合部位推导出其界面所具有的疏水性质和氢键性质的计算程序PP_SITE为基础,利用蛋白质结构数据库(PDB),对蛋白质-蛋白质相互作用界面进行了统计分析.从PDB中挑出非冗余的链间相互作用对,计算出这个数据集中所有链间界面的疏水和氢键相互作用特征.对得到的界面特征进行统计分析,寻找能够明显聚类的界面特征.结果表明，界面大小、氢键和疏水相互作用在界面所占比例以及疏水相互作用的集中程度可以作为分类的依据.     

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。     

蛋白质二级结构的氨基酸紧邻位效应和二肽构象因子

提出了蛋白质二级结构中的氨基酸C端和N端邻位因子以及二肽构象因子. 基于对蛋白质数据库PDB105版全库的分析, 讨论了N端和C端邻位对氨基酸二级结构倾向性的影响, 讨论了二肽序的二级结构倾向性. 发现有些氨基酸的邻位因子对和二肽序对的二级结构构象因子差别较大, 表明这些氨基酸对其N端和C端邻位的影响不对称.     

核酸与蛋白质相互作用研究的新技术与新方法

蛋白质和核酸是组成生命的主要生物大分子,两者的相互作用构成了诸如生长、繁殖、运动、遗传和代谢等生命现象的基础.因此,研究它们间的相互作用是人们解开生命奥秘的关键所在,在学术及应用上都具有极其重要的意义.探讨蛋白质和核酸相互作用涉及到众多学科的技术与方法,是多学科的前沿交叉领域.总体上该方面工作尚处于起步阶段,深入研究有待于研究手段的进步与创新.本文从研究手段与分析方法上对近年来该领域所采用的技术及其最新进展进行了评述.     

Ru-PAA复合纳米粒子与蛋白质相互作用的光谱研究及其应用

以过硫酸钾作为引发剂,丙烯酸为单体,在超声作用下原位聚合制备聚丙烯酸(PAA)修饰Ru纳米复合颗粒(Ru-PAA).修饰后的Ru-PAA复合纳米颗粒,不仅水溶性和稳定性得到改善,同时具有良好的生物相容性.研究了Ru-PAA复合纳米颗粒与蛋白质的相互作用,并利用散射光谱法考察了光散射强度与蛋白质浓度之间的关系.结果发现: 在最佳的实验条件下,BSA浓度为0.05～1.2 mg/L、HSA浓度为0.05～3 mg/L时,其浓度与光散射强度均有良好的线性关系,检出限均为0.01 mg/L.该方法用于实际样品测定,得到了令人满意的结果.     

磁场对大分子构象的影响研究进展

对近年来有关磁场对大分子构象的影响研究进展进行了较全面综述.     

聚乙烯醇与溶菌酶的相互作用及其对溶菌酶构象的影响

在生理条件下, 使用凝胶过滤色谱、荧光光谱法、差示扫描量热分析和傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)研究了溶菌酶与聚乙烯醇(PVA)的相互作用. 结果表明PVA与溶菌酶结合形成复合物, 在它们的相互作用过程中, 溶菌酶酪氨酸的发射荧光部分被猝灭, 但是, 相互作用并没有改变酪氨酸的微环境; 差示扫描量热分析结果表明, 溶菌酶与PVA之间的相互作用没有破坏溶菌酶的高级结构; 进一步使用红外光谱法结合可增强分辨率的傅里叶去卷积技术和高斯曲线拟合技术共同用于对溶菌酶与PVA复合物冻干粉中溶菌酶酰胺I带的定量分析, 发现冻干粉溶菌酶分子中与分子间相互作用相关的β-折叠组分含量减少了, 但是, 用于衡量冻干状态蛋白质结构完整性的α-螺旋组分含量没有降低. 活性分析结果进一步确认, PVA与溶菌酶的相互作用没有破坏溶菌酶的三级结构.     

Microcalorimetric Study of the Effect of Hexa-histidine Tag and Denaturant on the Interaction Mechanism between Protein and Metal-Chelating Gel

A recombinant protein, Schistosoma japonicum glutathione-S-transferase (SjGST), was fused with a C-terminal hexa-histidine tag to obtain SjGST/His. Both proteins were used to probe the interaction mechanisms with the metal ions immobilized on chromatography gels. Isothermal titration calorimetry was used to directly measure the adsorption enthalpies (DeltaH(ads)) of both proteins with Ni-NTA and TALON (Co(2+)) commercial affinity resins, under the conditions of with and without the presence of a denaturant. The result reveals that SjGST/His had a lower DeltaH(ads) value with Ni-NTA than did SjGST, mainly attributed to the formation of more coordination bonds with or a stronger binding with Ni-NTA. Furthermore, the difference between the DeltaH(ads) values of SjGST/His onto TALON under the nature and denaturing conditions were insignificant, implying that the binding topography of the hexa-histidine tail with immobilized Co(2+) was not significantly changed with the presence of a denaturant. In addition, this study shows that the proposed binding models and the directly measured adsorption heat can be combined to elucidate the difference in the interaction mechanisms of SjGST/His adsorption onto those two adsorbents from a thermodynamic perspective. Copyright 2001 Academic Press.     

荧光光谱在蛋白质分子构象研究中的应用*

荧光光谱法是研究蛋白质在水溶液中分子构象的一种有效方法。文章综述了常见的蛋白质荧光光谱的研究方法, 并介绍了几种荧光光谱新技术。     

Mg2+与胆汁蛋白质相互作用研究

胆汁是一中性溶液,在胆汁固形物中,胆汁酸盐、胆固醇、磷脂、蛋白质、胆红素分别占总质量的65%、3%、20%、5%及1%。蛋白质是胆汁固形物中第四多成分,在胆汁的生理功能的发挥和胆结石的形成中起到重要的作用。研究表明,胆汁蛋白质的主要成分是糖蛋白,主要由胆囊粘膜上皮细胞产生     

分子间相互作用对蛋白质晶体生长的影响

采用原子力显微镜对溶菌酶和刀豆蛋白A的分子间相互作用力的情况进行了研究, 并用动态光散射研究了此二种分子间相互作用力有较大差异的蛋白质在晶体生长条件和非生长条件下, 溶液中的聚集体的状态(大小和分散度)随浓度和温度的变化情况. 实验结果表明, 范德华力强的刀豆蛋白A在成核前, 溶液中的聚集体不能很快转变为生长基元, 导致晶体生长时间长; 而范德华力弱的溶菌酶, 溶液中的聚集体可以很快转变成生长基元, 晶体生长时间也较短.     

基于蛋白构象变化研究pH值对茜素红与牛血清白蛋白相互作用的影响

利用光谱法和分子对接技术研究了不同pH值对牛血清白蛋白(BSA)与茜素红(ARS)键合作用的影响。pH值为4.0的酸性环境引起BSA天然紧缩构象逐渐发生去折叠,BSA的ⅡA区疏水空腔的展开降低了其与ARS的相互作用,键合常数Kb仅为3.39×104L·mol-1。而pH值大于等电点(pI 4.8)或呈现中性时,两者的键合作用增强,Kb增至3.16×106L·mol-1(pH 7.0)。而且,由于氢键和范德华力的键合作用力较强,BSA和ARS的相互作用受表面电荷影响较小,与理论模拟对接结果相吻合。     

单嘧磺隆除草剂的晶体构象-活性构象转换的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平上对新型除草剂单嘧磺隆绕脲桥部分两个C—N键的内旋转势能面进行计算, 然后对势能面上的驻点进行构型优化和过渡态搜索, 得到单嘧磺隆4种稳定构象和构象转换过程所涉及的8个过渡态结构. 研究结果表明, 单嘧磺隆晶体构象-活性构象转换过程中涉及4种稳定构象和8条转换途径, 脲桥部分NH基团与嘧啶环上N原子所形成的分子内氢键对于构象的稳定性及转换过程起着十分重要的作用. 应用极化连续介质溶剂模型(PCM)在B3LYP/6-31＋＋G(d, p)水平下进行溶剂化效应计算, 结果表明单嘧磺隆从晶体构象转换成活性构象主要是在水相中进行的.     

压力诱导溶液中蛋白质构象变化的谱学研究

高压诱导蛋白质发生构象变化,引起蛋白质去折叠,并在某种条件下发生聚集,其结果是蛋白质原有的构造被破坏、发生变性。这些过程与蛋白质本身的结构密切相关。同时,折叠中间体结构的揭示对于研究蛋白质去折叠过程也具有重要意义。本文综述了高压诱导下多种谱学方法用于蛋白质构象变化的研究进展,主要包括高压红外光谱、高压荧光光谱及高压小角X射线扫描等多种技术手段在研究中蛋白质构象变化方面所能提供的重要信息,并对相关领域存在的问题及今后的发展作出展望。