人类朊蛋白的动力学稳定性研究（英文）

朊蛋白病是一种能在人类或者动物之间传播的致命的神经退行性疾病.尤其是人类朊蛋白疾病在近几年蔓延迅速,已经威胁到人类的健康.在本文中,我们使用分子动力学(MD)和流体分子动力学(FMD)模拟相结合的方法研究了人类朊蛋白(hPrPc)的动力学稳定性.我们通过FMD模拟产生了两个典型的hPrPc的变性结构,并进一步研究了在自然状态下这两个变性结构重折叠的过程,从关键残基、二级结构、残基-残基相互作用图等方面详细讨论了hPrPc的解折叠和重折叠路径.研究发现hPrPc的三个α-螺旋结构组成了一个疏水核心,在蛋白质的解折叠和重折叠过程中发挥了重要的作用.刚性的疏水核心就像是脚手架一般为hPrPc的重折叠提供便利.在重折叠过程中,π-螺旋和310螺旋出现几率较高,并且β-折叠的延长也更多地出现在完全解折叠的hPrPc体系中.     

疏水蛋白在云母表面的吸附

采用分子动力学模拟方法研究了疏水蛋白(HFBI)在亲水云母表面的吸附过程.通过6组平行的分子动力学模拟得到了2种不同的稳定吸附结构,即通过N端和通过亲水的α螺旋与表面吸附,得到了5种吸附残基.进一步用自适应偏置力方法计算了所有吸附残基与表面的结合自由能.结果表明,残基Lys是吸附过程的关键残基,即当HFBI通过含有Lys残基的α螺旋与云母表面作用时,其吸附构象最稳定.静电作用是吸附过程的主要驱动力.在该吸附结构中,HFBI的疏水面暴露在溶液中,有效降低了云母表面的润湿性.     

细胞色素b5 S64X突变体对蛋白结构及稳定性的影响

为了深入了解细胞色素b₅(Cyt b₅)64位氨基酸残基(Ser64)对血红素辅基微环境及蛋白性质的影响,我们分别对Cyt b₅ Ser64进行了保守性突变(S64T)以及非保守性突变(S64K、S64N和S64H),均为亲水性氨基酸残基。对野生型细胞色素b₅及其突变体蛋白S64X(X：T,K,N或H)的热、酸、盐酸胍变性的稳定性研究表明：4个突变体蛋白的稳定性相对于野生型都大大降低了;CD光谱表明,细胞色素b₅ S64X突变体中的α-螺旋明显减少,芳香性氨基酸残基所处的肽链结构受到了影响;盐酸胍变性荧光光谱表明,Trp22周围的蛋白肽链受到了影响,Trp22暴露于水溶液的程度加大。我们认为Ser64不仅对血红素辅基有稳定作用,同时还对维持蛋白Core 1中的第5个α-螺旋结构有重要的作用,在64位引入其他氨基酸残基影响了第5个α-螺旋的结构,并通过蛋白肽链的相互作用,使得Trp22所在的Core 2结构也受到了较为明显的扰动。     

圆二色光谱法研究环境因素对细胞红蛋白二级结构的影响

采用远紫外圆二色光谱法系统地研究了细胞红蛋白(cytoglobin, Cygb)的浓度、环境温度、溶液的pH值和溶剂性质对细胞红蛋白二级结构的影响.结果表明: 当Cygb浓度<1 μmol/L时,它主要以α-螺旋形式存在,其α-螺旋含量>60%; 当Cygb浓度从0.3 μmol/L增大到2.0 μmol/L时,其α-螺旋含量迅速降低;当Cygb浓度>2.0 μmol/L时,其α-螺旋含量随浓度的增大变化很小(约30%).随着温度的升高,Cygb的α-螺旋含量逐渐减小,但既使温度达到368 K,它仍保持有20%的α-螺旋结构,说明该蛋白具有较高的热稳定性.在弱酸性和弱碱性溶液中,Cygb的二级结构都会有不同程度的破坏.在甲醇和乙醇中,Cygb的α-螺旋含量明显增加,这说明醇类可以诱导其α-螺旋的生成.     

莲藕多酚氧化酶与底物或抑制剂相互作用的光谱学研究

本文研究了纯化的莲藕多酚氧化酶(PPO)与底物和抑制剂相互作用时的二级结构变化。园二色谱分析表明莲藕PPO主要含有α-螺旋和β-折叠结构。与抑制剂作用后,莲藕PPO活性显著降低,同时伴随其二级结构中α-螺旋结构明显减少,表明莲藕PPO的活性中心可能位于α-螺旋结构中。荧光分析表明,莲藕PPO与邻苯三酚(pyrogallic acid,PA)作用后,酪氨酸残基荧光强度略有降低,λmax位移不明显,色氨酸残基荧光强度略有降低,λmax红移2 nm;而与莲藕多酚(Lotus root polyphenol,LRP)作用后,莲藕PPO分子中酪氨酸(Tyr)和色氨酸(Trp)残基荧光强度显著提高,且其最大发射波长分别蓝移6nm和红移5nm。当加入异Vc钠后,Tyr和Trp残基最大发射峰显著红移,说明Trp和Tyr残基位于一定的疏水环境对维持PPO催化活性的优势构象至关重要。     

基于2,5-二(4''''-甲酰基苯基)苯乙烯的螺旋链光学活性聚合物的合成与表征

通过2,5-二溴苯乙烯与对甲酰基苯硼酸的Suzuki偶联反应得到2,5-二(4'-甲酰基苯基)苯乙烯.在催化剂量的冰乙酸存在下,与光学纯的(S)-(-)-α-甲基苄胺或(R)-( )-α-甲基苄胺发生缩和反应,得到了一对手性非外消旋单体,( )-2,5-二{4'-[(N-(S)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯和(-)-2,5-二{4'-[(N-(R)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯.以偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,经自由基溶液聚合得到光学活性聚合物.比旋光度、紫外-可见吸收光谱以及圆二色光谱研究表明,聚合物主链可能形成了某一方向占优的稳定螺旋构象,且该螺旋构象的旋光方向与单体的旋光方向相反.聚合条件对聚合物的光学活性有很大影响,在极性较大的芳香族溶剂和较高温度下得到的聚合物具有和单体相差更大的比旋光度.侧基的手性基团脱除后,聚合物仍具有一定的旋光性,说明聚合过程中形成的螺旋手性具有一定的记忆效应.     

基于2,5-二(4′-甲酰基苯基)苯乙烯的螺旋链光学活性聚合物的合成与表征

通过2,5-二溴苯乙烯与对甲酰基苯硼酸的Suzuki偶联反应得到2,5-二(4′-甲酰基苯基)苯乙烯.在催化剂量的冰乙酸存在下,与光学纯的(S)-(-)-α-甲基苄胺或(R)-(+)-α-甲基苄胺发生缩和反应,得到了一对手性非外消旋单体,(+)-2,5-二{4-′[(N-(S)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯和(-)-2,5-二{4′-[(N-(R)-α-甲基苄亚胺基)次甲基]苯基}苯乙烯.以偶氮二异丁腈(AIBN)或过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,经自由基溶液聚合得到光学活性聚合物.比旋光度、紫外-可见吸收光谱以及圆二色光谱研究表明,聚合物主链可能形成了某一方向占优的稳定螺旋构象,且该螺旋构象的旋光方向与单体的旋光方向相反.聚合条件对聚合物的光学活性有很大影响,在极性较大的芳香族溶剂和较高温度下得到的聚合物具有和单体相差更大的比旋光度.侧基的手性基团脱除后,聚合物仍具有一定的旋光性,说明聚合过程中形成的螺旋手性具有一定的记忆效应.     

环糊精包结谷胱甘肽的机理

使用分子动力学模拟结合自由能计算的方法在原子水平上研究了谷胱甘肽与α-,β-和γ-环糊精的包结模式,计算了谷胱甘肽与3种环糊精之间6种可能包结过程的自由能变化.结果表明,谷胱甘肽的谷氨酸残基从α-环糊精大口端进入空腔最终形成的包结复合物最稳定;在该复合物中,谷氨酸残基的亚甲基链部分被完全包结在疏水空腔中,其氨基与羧基位于与α-环糊精的小口端,并与环糊精的伯羟基形成了氢键,同时半胱氨酸中的巯基位于环糊精的大口端,得到了有效的保护.因此,疏水相互作用和氢键相互作用构成了包结的主要驱动力.β-环糊精的优势包结模式与α-环糊精类似,但形成复合物的稳定性次之,而γ-环糊精由于空腔较大,优势的包结模式是谷氨酸残基从γ-环糊精小口端进入空腔,但所形成的复合物结构的稳定性最弱.     

蜂毒素在功能化金纳米粒子表面的吸附及构象变化

利用硼氢化钠还原法制备了金纳米粒子, 通过在其表面修饰链长不同的巯基羧酸, 得到了功能化纳米粒子. 利用荧光发射、紫外吸收和圆二色谱等手段研究了功能化金纳米粒子与蜂毒素分子之间的相互作用及其所诱导的蛋白质分子的构象变化. 研究结果表明, 功能化修饰的金纳米粒子可通过静电相互作用吸附蜂毒素(Melittin)并诱导其α-螺旋结构的形成, 且这种效应与巯基羧酸分子的链长直接相关.     

小分子α-螺旋模拟物

本文综述了近年来小分子α-螺旋模拟物的研究进展,介绍了α-螺旋结构在蛋白质相互作用中的重要性以及小分子α-螺旋模拟物在药物化学领域的应用。概括了联苯结构、酰胺结构、哒嗪结构及其他杂环结构小分子α-螺旋模拟物的最新进展,并介绍了小分子α-螺旋模拟物在蛋白质相互作用抑制剂方面的应用。总结了目前已有的小分子α-螺旋模拟物存在的一些不足之处,并对今后该研究领域的发展方向进行了展望。     

6α和6β-羟基雄酮的电子光谱和核磁共振谱的理论研究

在B3LYP/6-31G(d)水平下,优化6α和6β-羟基雄酮的几何构型.用TD-B3LYP/6-31G(d)方法,计算它们的电子吸收光谱;采用规范不变原子轨道GIAO法,计算它们的1H-NMR和13C-NMR化学位移值.结果表明,6β-羟基雄酮比6α-羟基雄酮稳定;6α-羟基雄酮的最长吸收波长比6β-羟基雄酮的要长;6α和6β-羟基雄酮的部分原子的NMR值具有明显差别.     

蜂毒肽类似物的合成和生物活性研究

Melittin(GIGAVLKVLTTGLPALISWIKRKRQQ-NH₂)是蜂毒中含26个氨基酸残基的多肽,具有抗菌和溶血等生物活性,是典型的阳离子抗菌肽.本文设计合成了蜂毒肽C端15残基肽片段(GLPALISWIKRKRQQ-NH₂)及其类似物(15残基).研究了Melittin及这些合成肽的抗菌活性、溶血活性、疏水性及二级结构.结果表明,合成的类似物的溶血活性明显降低,抗菌活性基本保留,且与其疏水性相关.类似物中与碱性氨基酸簇(KRKR)距离较远的残基的疏水性对其抗菌活性有较大的贡献.多肽溶血与抗菌机理不同.类似物的抗菌活性和溶血活性与其二级结构(α-螺旋结构)没有明显的相关性.     

聚赖氨酸为主链的牙刷状分子刷的可控合成

设计合成了溴基功能化的赖氨酸单体(Br-lys)并通过关环反应制备了对应的溴代L-赖氨酸N-羧酸酐(Br-Lys-NCA)单体.利用过渡金属引发剂Ni(COD)depe调控的NCA活性开环聚合和顺序添加单体的方法,得到了组成和结构明确的聚(ε苄氧羰基L-赖氨酸)-b-PBrLL(PZLL-PBrLL)两嵌段共聚肽.利用PZLL-b-PBrLL两嵌段共聚肽为大分子引发剂,通过ATRP引发甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(EGMA),合成了以聚赖氨酸为骨架的牙刷状分子刷.研究发现PZLL-PBrLL两嵌段在四氢呋喃中形成α-螺旋结构,螺旋度随着PBrLL链段的增长而降低,而PZLL-b-(PBrLL-g-PEGMA)形成部分α-螺旋构象,螺旋度随侧链PEGMA增长而减小.     

肝组织特异性非离子型高分子磁共振造影剂的制备及性能评价

L-酪氨酸甲酯与DTPA双N-羟基琥珀酰亚胺活性酯(SuO-DTPA-OSu)反应,合成了含L-酪氨酸甲酯残基的DTPA单N-羟基琥珀酰亚胺活性酯(SuO-DTPA-Tyr).以EDC/NHS为媒介,通过一步反应将不同量的乳糖酸偶联到α,β-聚[(2-氨乙基)-L-天冬酰胺]上,然后将含有苯环的结构的SuO-DTPA-Tyr与联有D-半乳糖的α,β-聚[(2-氨乙基)-L-天冬酰胺]反应,合成了3种含糖量不同的大分子配体,并制备了其Gd(III)螯合物.结果表明,EDC/NHS方法操作简便,产率高且易于提纯;而SuO-DTPA-Tyr上L-酪氨酸甲酯残基的引入,不仅实现了高分子造影剂的非离子化,同时L-酪氨酸甲酯残基上的苯环结构也可以方便核磁氢谱的指认.大分子配体的细胞毒性随含糖量降低而增加,但均小于同浓度聚(L-赖氨酸)的毒性;大分子螯合物的细胞毒性与商用小分子造影剂的细胞毒性相当,但其弛豫率明显高于小分子造影剂的弛豫率;大分子螯合物在小白鼠肝部有比商用小分子造影剂(钆喷酸葡胺)更好的成像增强效果及更长的停留时间,且在注射后前6h,含D-半乳糖酸残基的大分子螯合物比不含D-半乳糖酸残基的大分子螯合物在小白鼠肝部的代谢速率慢,并呈现出更清晰的造影效果.     

(-)-双(薄荷基甲酰基)苯基氧化膦的合成及在自由基光聚合中的螺旋选择性

以苯基二氯化膦和薄荷基甲酸为原料, 合成了一种手性双酰基膦氧化物光引发剂(-)-双(薄荷基甲酰基)苯基氧化膦. 采用核磁共振谱、 质谱及元素分析确定了该化合物的结构, 并测定了其螺旋诱导能力. 结果表明, (-)-BMPPO在引发自由基光聚合大位阻的单体甲基丙烯酸-1-苯基二苯并环庚酯(PDBSMA)的反应中具有螺旋选择性. 所得聚合物具有高度全同结构并显示出光学活性, 说明该聚合物形成了稳定的单手性螺旋链构象. 降低单体与引发剂的投料比及提高聚合温度有利于增加反应的螺旋选择性. 在手性薄荷醇溶剂中, 由(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦(TPO)引发单体PDBSMA的光聚合反应也具有螺旋选择性, 但螺旋选择性很小.     

S-(-)-2,2′-联二萘酚衍生物的合成及其螺旋结构与旋光性的关系

以S-(-)-2,2’-联二萘酚为手性模板分子,合成出了它的两个七元环衍生物.通过对它们的旋光值、X衍射结构及构象的研究,找出了它们的螺旋结构与旋光性的关系,并对其族光大小进行了比较.此外,首次提出我们建立的螺旋片段判定规则及我们定义的ω值.     

聚苯乙烯-b-聚谷氨酸苄酯刚柔嵌段共聚物的合成及其层状形貌考察

以末端带胺基的聚苯乙烯(PS-NH2)为引发剂,利用N-羧酸内酸酐(N-carbonyl anhydride,NCA)法制备一种刚柔二嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)(polystyrene-b-poly(γ-benzyl-L-glutamate),PS-b-PBLG)杂化聚肽,并研究该聚肽嵌段共聚物的分子结构、热性能、液晶性与自组装形貌的溶剂效应.以氢核磁共振波谱(1H-NMR)和凝胶渗透色谱仪(GPC)表征两嵌段的摩尔比、分子量及其分布.利用示差扫描量热分析仪(DSC)与光学显微镜(POM)考察材料的热性质与液晶性.由小角X射线散射(SAXS)分析得知,两嵌段组分呈交替分布层状结构,聚肽层中α螺旋链在不同溶剂中会发生不同程度折叠;通过透射扫描电镜(TEM)清楚观察到PS-b-PBLG在1,2-二氯乙烷(EDC)中α螺旋折叠形成了条纹式层状形貌,不同于1,1,2,2-四氯乙烷(TCE)中α螺旋完全伸展形成的锯齿式层状形貌.     

采用X射线衍射解析人鸟嘌呤核苷酸解离刺激因子(RaIGDS)Ras结合结构域的空间结构

Ras结合结构域(RBD)是鸟嘌呤核苷酸解离刺激因子(RalGDS)家族成员C-端的高保守区,通过它连接Ras和Ras相关蛋白.利用Red Wings和SGC-1 screens相关的悬滴法设盘结晶,按体积比1∶1加蛋白液到含1∶100胞内蛋白酶Glu-C(w/w)的结晶溶液(2 mol/L(NH4)2 SO4,0.2 mol/L NaAc,0.1 mol/L HEPES,5％ MPD,pH 7.5)中,晶体3天长成可组装大小.利用X-射线晶体衍射技术解析了人RalGDS的Ras结合域(RalGDS-RBD)的晶体结构,对比鼠和人RalGDS-RBD,主要是Ras结合区的C-端不同.人RalGDS-RBD通过Glu838和Glu840在RalGDS和Ras蛋白间形成氢键,而在同一位点,鼠RalGDS-RBD通过Asp820和Asp822形成氢键.人RalGDS-RBD结构中含ββαββαβ-型三维结构的泛素样构象,一个单体的C-端残基与相邻单体的β折叠形成平行βββββ结构.     

螺旋聚(N-炔丙基酰胺)的合成及侧基对螺旋结构稳定性影响

设计并合成了3种带有不同侧基的N-炔丙基酰胺单体(1~3),以红外、核磁、元素分析等技术对单体进行了表征;以[Rh]金属有机配合物为催化剂实施聚合反应得到高产率(近100%)的聚合物,聚合物具有高的立构规整性.利用紫外吸收谱图对聚合物的二级结构进行了表征,聚合物1与聚合物3分别在羰基的α和γ位有支链,聚合物不易形成螺旋结构;聚合物2在羰基的β位有支链,聚合物易于形成稳定的螺旋结构.表明相邻侧链上酰胺基团间形成的氢键及侧链间适当的空间位阻是聚合物形成稳定螺旋的关键因素.     

不同螺旋结构类蛋白质分子管道传输动力学研究

采用动态蒙特卡洛模拟(Dynamical Monte Carlo,DMC)对不同螺旋结构的类蛋白质分子穿越管道的动力学过程进行了研究.计算了不同螺旋能参数下类蛋白质链的传输时间,传输成功率,管道内单体数目,形状因子<δ>,均方位移g等.结果发现螺旋能较小的链传输时间较短,变化不明显,而螺旋能较大的链随着螺旋能的增强传输时间迅速增大.计算表明相同类型的分子链其传输成功率随着电场的增大而减小.而对于不同螺旋结构的链,螺旋能参数εh=0的链传输成功率最大,达到80%左右,略小于自避链;而εh=-0.5的类蛋白质链传输成功率突然减小.随着螺旋能的增强,传输成功率又开始增大.另外的计算表明自避链的传输过程比类蛋白质链平稳.<δ>在传输过程中的变化都存在了最大值,说明链在传输时有一个最松散的构象.对于均方位移的计算得到εh=0的链均方位移变化最快,说明传输过程中扩散最快.同时发现εh=-3.0的链比εh=-1.5的链均方位移扩散快.形状因子和均方位移的趋势均能很好的解释不同螺旋参数下的类蛋白质链不同的传输性质.这些研究对生物大分子的输运行为有一定的指导意义.