胰岛素分子与其受体结合的可能机制

以最小二乘叠合技术和图象显示技术对DPI、二锌胰岛素及其他一些衍生物结构进行了深入的比较和分析,确认与受体分子的结合相互作用是发生在胰岛素分子的一个两性表面上,其中部是由许多疏水残基构成的面积约150~2的疏水表面,而一些极性基团在其周围构成亲水带区。疏水表面通常被运动性很大的B链羧端肽段所覆盖,不受极性溶剂分子的干扰。两性表面在方位上与分子在二体中的缔合面构成约20°的夹角。Al-L-Trp胰岛素及Al-D-Trp胰岛素结构详细的比较结果,既很好地解释了两者在生物活性上的显著差异,又进一步确认了我们所提出的胰岛素分子与其受体结合的作用模型。     

胰岛素的闪光光解研究

本文给出胰岛素和去B链羧端五肽胰岛素(DPI)紫外光解的原初产物的瞬态吸收光谱,并与游离态酪氨酸进行比较.光谱的远紫外区(<300毫微米)未见有过报道.胰岛素和DPI的原初光产物主要是对位α-氨基丙酸苯氧自由基(λ_(max)=410,390毫微米)和另一种未知自由基(λ_(max)=270毫微米),它们的产额与酪氨酸残基酚环上羟基的解离率平行对应,而解离率又依赖于残基的暴露程度.实验测定了胰岛素和DPI光解产生苯氧型自由基的量子产额并与游离态酪氨酸比较,给出了这两种蛋白质分子中光易变的酪氨酸残基数,这个光易变性参数将为胰岛素和DPI分子中酪氨酸残基的暴露情况提供较定量的信息。     

1.5分辨率去五肽(B26—30)胰岛素晶体中的水结构

本文报道1.5分辨率去五肽(B 26—30)胰岛素晶体中的水结构。根据扩充F_0的最后的(2F_o—F_c)Fourier图的检验,所讨论的水模型包括81个水分子(电子密度>0.4 e/~3),约占晶体溶剂的三分之二。以2.4—3.2为氢键范围,51个水分子同蛋白质原子成氢键,占水的63％,其中有12个以单水桥接相邻蛋白质分子,更多的以双水桥接相邻蛋白质分子。在蛋白质分子间的一长狭缝中有一个紧凑的水网,两头两个Cd原子通过三个水分子(配位体)像木桩一样支撑着这个水网,表明Cd原子和水网在分子密堆积中的重要作用。     

1.9分辨率(D-Ala)~(B_0)猪胰岛素晶体结构的研究

本文应用差值Fourier技术和制约立体化学参数最小二乘技术以二锌猪胰岛素模型为起点测定了1.9分辨率的(D-Ala)~(B0)猪胰岛素晶体结构,R因子为0.211,键长均方差为0.057。B_0残基的电子密度表现清晰。B_0的引入降低了B链N端肽段构象的运动性,使分子在晶体中的堆积更加紧密。(D-Ala)~(B0)猪胰岛素和二锌猪胰岛素结构的主要差异在于分子可能的受体结合表面中部分极性基团的构象和分子IA链两段螺旋的组装。(D-Ala)~(B0)猪胰岛素B链N端晶体学微环境与(Trp)~(B1)猪胰岛素和去B_1牛胰岛素有很大的差异。本文还简单地讨论了胰岛素分子结构与免疫功能的关系。     

胰岛素单体的结构特征及其运动方式

运用最小二乘叠合技术及图象显示技术对已测定的不同种属和不同晶型的胰岛素及各种胰岛素衍生物空间结构进行了广泛的构象比较.研究结果表明:二锌胰岛素分子Ⅰ更接近于天然单体的结构;二体内两个分子之间的构象差异发生在二体形成过程中,并在六体形成及六体堆积过程中完善和稳定;通过一些铰链肽A10,B4,B8,B24,B20及B23,胰岛素分子内各结构片段之间具有较灵活的相对运动,羧端残基可能移动大于10A;由于所处的环境不同,各残基侧链的运动性差别很大.     

确定蛋白质-短肽复合物结构的新方法

大部分蛋白质 -蛋白质复合物的三维结构在接触表面都显示出很好的几何匹配 .由于蛋白质的表面几何形状和其它的一些物理化学性质在分子的专一性相互作用中起了主要作用 ,所以 ,接触表面几何形状的互补常常被认为是蛋白质分子识别的基础 .一般来说 ,蛋白质接触表面的几何匹配只涉及 5到 1 0几个紧密堆积的氨基酸残基 ,因此 ,蛋白质与蛋白质配体之间的识别计算可以通过蛋白质与突变周围的或与蛋白质表面紧密接触的配体肽段的识别计算来实现 . Stoddard等 [1] 已经利用从 MBP上选取的八肽成功地计算出接近晶体结构的 MBP-受体复合物 .许多研…     

精化的1.8埃分辨率胰岛素晶体结构——氢键网络和结合水

本文研究了胰岛素晶体中的氢键网络三种情况:螺旋氢键,分子自身极性基团间形成的非螺旋氢键,以及水分子与胰岛素分子间形成的氢键。它们形成错综复杂的交互作用,对胰岛素的结构和功能具有重要意义。修正后的结构显示了较可靠的水结构信息,表明晶胞中大约三分之一的水呈结合状态,它们与胰岛素分子且彼此以氢键结合。胰岛素分子各氨基酸残基的极性和荷电基团表现出最大限度结合氢键倾向,是稳定三维结构的重要因素。     

3.0分辨率[L-Met]~(B0)牛胰岛素的晶体结构研究

基于[L-Met]_(BO)牛胰岛素(LMBBI)晶体的对称性和分子密堆积法的基本原理,确定了只使用一维的旋转和一维的平移即可确定分子在晶胞中的位置和取向的结构测定方案,依据此方案,使分子置换法的旋转函数的计算和用R因子搜索法精化旋转平移位置的计算大大简化。运用生物大分子刚体修正技术对模型进行了初步精化,用能量极小化的立体化学制约的最小二乘修正技术并辅以差值Fourier图人工分析对模型进行了调整和精化。在最终的电子密度图上,B链N端加长的L-Met在独立区两个分子中的表现比较清晰,相对于三方二锌猪胰岛素分子,B链N端的构象发生了较大的变化。     

胰岛素单体、双体分子静电势的计算

计算了三方二锌胰岛素晶胞不对称单位中两个胰岛素分子单体及其双体的分子静电势。结果表明:胰岛素两个单体分子的构象不同,其分子表面静电势也不相同,由于它们的构象是类似的,所以其电势分布也是接近的,单体胰岛素分子的表面静电势呈偶极型分布,双体的表面静电势基本保持单体的特征。文中还比较了两个单体分子及其集聚后的静电势变化。     

双偏振干涉测量技术在生物分析方面研究应用进展

双偏振干涉测量(dual-polarization interferometry,DPI)技术是2000年以后出现的一种灵敏、实时、无需标记的新型表面状态分析方法,它能够在亚秒尺度精确测量界面层厚度、密度和质量的绝对值.所以,DPI在固/液界面上蛋白质结构、功能表征,蛋白质之间或与其它分子间的相互作用研究,核酸固定化及杂交检测研究,模拟生物膜研究以及表面超微结构表征等方面都有着广泛的应用.本文介绍了DPI的测量原理和特点,着重评述了近年来DPI在生物分析方面的应用进展.     

去B链羧端七肽胰岛素晶体结构的测定

去B链羧端七肽胰岛素(DHPI)晶体中不对称单位合二个分子,空间群P2_12_12_1。运用Patterson搜索技术确定了二个分子在晶胞中的取向,联合运用平移函数和R因子搜索测定了两个分子各自在晶胞中的位置。运用生物大分子刚体最小二乘修正技术和能量极小化最小二乘制约修正精化分子的取向和位置后,在6分辨率晶体学R因子下降到0.384。初始Fourier图显示,与天然胰岛素分子相较,DHPI分子的B链N端(B1—B8)和C端(B20—B23)肽段的构象有剧列变化,但A,B链的三段螺旋及其相对配置大体保持。     

中等分辨率的白鲢鱼胰岛素的晶体结构

胰岛素结构和功能研究的一条重要途径是分析来源于不同种属的胰岛素的结构。基于用分子置换法获得的白鲢鱼胰岛素正交晶体结构模型,使用2.8分辨率衍射强度数据和约束参数最小二乘法,对处于不同结晶环境的6个白鲢鱼胰岛素分子进行了晶体学修正。胰岛素结构的比较研究表明,6个白鲢鱼胰岛素分子具有非常相似但不等同的三维结构,它们的结构类似于已知的三方二锌猪胰岛素结构,但某些局部构象有明显的差异。     

双偏振干涉技术(DPI):生物分子相互作用研究的新工具

双偏振干涉(dual polarization interferometry,DPI)技术是近年来发展起来的一种免标记、实时、高灵敏和高分辨率的表面分析技术.它能够精确测量分子相互作用界面层的密度、厚度和质量的绝对值,可实时获取分子相互作用过程的动力学和结构信息.本文简单介绍了DPI的测量原理、仪器组成并对其与相关检测技术的对比进行了简要的概述;着重介绍了近10年来DPI技术在生物分子相互作用研究方面的应用进展,主要包括蛋白质之间以及与其他分子的相互作用,DNA与各种分子之间的相互作用,生物膜与其他分子的相互作用,蛋白质的吸脱附、聚集和结晶过程监测等;并对DPI技术未来的发展进行了展望.随着技术的不断发展,DPI将会在生物分析、纳米材料表征、能源相关表/界面研究等方面得到广泛应用.     

硫酸钠对胰岛素淀粉样纤维化及其细胞毒性的作用

超过20种人类疾病与蛋白质或者多肽淀粉样纤维化密切相关,探究影响蛋白质的结构稳定性及其淀粉样纤维化的环境条件具有重要意义.本文采用牛胰岛素作为模型蛋白质,研究了Na2SO4对蛋白质淀粉样纤维化的作用.实验结果表明,不同浓度的Na2SO4对胰岛素淀粉样纤维化过程具有不同的影响,低浓度条件下可促进纤维化,较高浓度可明显抑制淀粉样纤维的形成,更高的浓度则使胰岛素形成非纤维状聚集体.ANS荧光分析结果表明,所有浓度的Na2SO4均可减小胰岛素聚集体的表面疏水性,并导致聚集体对细胞膜的损害作用降低.Na2SO4的上述作用可能与其改变蛋白质分子间的静电作用力及溶剂效应有关.     

2.1分辨率A1-(L-色氨酸)胰岛素晶体结构研究

本文对A1修饰色氨酸胰岛素进行了晶体学的深入研究。晶体的空间群为R3,晶胞参数:a_H=80.3,c_H=37.5。应用立体化学制约最小二乘法并结合差值Fourier图人工分析对2.1的结构模型进行了多次调整和精化,最终偏离因子R=O.195。独立区两个A1-(L-色氨酸)胰岛素分子A链N端的A1色氨酸残基在电子密度图上表现十分清晰,其中分子ⅠA1色氨酸残基侧链具有两种构象。本文从结构角度推断三方四锌胰岛素分子Ⅱ的结构是一种低活性构象存在于六聚体内。此外,对有关胰岛素结构与功能的一些问题进行了讨论。     

精化的1.8埃分辨率胰岛素晶体结构——晶体学修正

本文用差值Fourier技术对1.8埃分辨率胰岛素结构进行了晶体学修正。建立了一套带自动增量分析的计算程序,可进行各种(mF_o—mF_c)Fourier综合。利用这套程序修正胰岛素结构11轮,R因子从0.388降到0.210。修正期间不断监测分子的立体化学状况,并根据标准值进行调整。修正结果明显地精化了胰岛素分子的结构。以此为基础,研究分析了胰岛素二聚体的氢键体系,以及晶体中水分子与胰岛素的相互作用。     

去B链N端二肽(B_(1—2))猪胰岛素晶体结构的研究——单晶培养及X射线晶体学的分析

利用微量过饱和静置法,在柠檬酸缓冲液中培养出可供X射线结构分析用的去B链N端二肽(B_(1-2))猪胰岛素单晶。晶体衍射分辨率达到4.0A以上。晶体属于立方晶系,a=97.43A,空间群为P4_132(或P4_332),每个结晶学不对称单位含两个或三个去B链N端二肽(B_(1-2))猪胰岛素分子。本文对单位晶胞内六聚体之间和二聚体之间可能的堆积方式进行了讨论。     

[Trp]~(B1)胰岛素的2分辨率结构

用2分辨率强度数据,以三方二锌猪胰岛素分子的原子坐标为初始模型,应用约束最小二乘方法对[Trp]~(B1)猪胰岛素结构进行了晶体学修正,R值下降到0.24。同三方二锌胰岛素相比,原来呈近似二重对称的两个独立分子的结构发生了不对称的变化。明显的构象变化产生在分子IB链N端和邻近残基A13的区域。     

白鲢鱼胰岛素的晶体学研究

本实验获得了白鲢鱼胰岛素的单晶体并收集了2.8A分辨率的强度数据.确定晶体所属空间群为 P2_12_12_1,晶胞参数是a=96.73(8)A,b=57.74(7)A,c=53.88(9)A.每个不对称单位含有6个胰岛素分子.用旋转函数法揭示出非晶体学三重轴和二重轴的取向,并说明了白鲢鱼胰岛素具有与三方二锌猪胰岛素相似的空间结构和聚合状态.本文讨论了一级结构的变化对胰岛素的结晶行为和堆积方式的影响。     

长效胰岛素研究——2分辨率Arg-B31人胰岛素晶体结构测定

本文运用X射线分析技术,在2分辨率测定了Arg-B31-人胰岛素(ABHI)四锌晶型的晶体结构,最后的晶体学R因子为0.189,模型的平均键长偏差为0.018。精化后的结构模型显示,ABHI分子B链羧端构象比天然分子更加稳定,在二聚体内,分子Ⅰ的Arg-B31与分子Ⅱ的Glu-B21之间形成一对新的侧链间离子键,从而在ABHI六聚体表面增加了三对由相邻分子间形成的次级键。ABHI是一种长效胰岛素,上述结构特征揭示了其长效性的主要结构基础:由于Arg-B31的引入使ABHI六聚体增加了三对离子键,从而使其解聚成单体的速率减慢,在体内形成一个持续供应“库”。由此,作用时效得以延长,产生长效特征。这一实验结果证实了作者关于“增加次级键,稳化寡聚体”以产生长效胰岛素的分子设计原理的正确性,以及通过模型拟合和能量优化对ABHI主要结构特征的预测。