抗原呈递分子三维结构与功能研究进展

抗原呈递分子三维结构与功能研究进展曾宗浩（中国科学院生物物理研究所，北京１００１０１）抗原呈递分子是分布在抗原呈递细胞表面的糖蛋白，它们在细胞免疫过程中，担任抗原搜集和转运的任务，并通过与Ｔ细胞受体（ＴＣＲ）的结合，使免疫系统能够区分自身和外来抗原而...

A_(21)—Asp人胰岛素突变体2.4埃分辨率晶体结构研究

A_(21)-Asp人胰岛素(A_(21)D-HI)是经由蛋白质工程途径制备的突变体,具有高稳定特性.本文报道在2.4埃分辨率A_(21)-HI X-射线晶体结构的测定,所获结构模型经能量制约的最小二乘技术(EREF)精化,最后的晶体学一致性因子R=0.192,共价键长与标准值的平均偏差为0.019埃.在(2F-F_e)电子密度图上,突变残基A_(21)-Asp清晰可见.与天然胰岛素比较,除践基A_(21)外,突变体分子的构象在该分辨率未见显著变化,具有重要结构意义的残基A_(21)-NH与B_(23)-Co之间的主链氢键在两个独立分子中都仍然保持,A链末端羧基与B_(22)-Arg的侧链胍基间的盐键在分子中也仍然保持.在这一基础上,讨论了突变体与分子的化学稳定性和生物活力的关系.

长效胰岛素的分子设计研究

以工程化制备由分子内在因素制导的可溶性长效胰岛素为目标,提出以“增加次级键,稳化寡聚体”原理,用以减缓注射进入体内的胰岛素六聚体的解聚速率,形成能持续供应胰岛素单体的“库”,从而获得长效作用。据此以精确的胰岛素三维结构为基础,进行了分子设计和计算机模拟,提出了对胰岛素的B链c端和N端修饰产生长效性的分子改造方案,重点分析了B2Lys/Arg和B31Lys/Arg胰岛素。用化学半合成制备的上列二种胰岛素,生物学测试表明确有长效性。2埃分辨率B31-Arg人胰岛素晶体结构的测定显示了Arg-B31与相邻分子Glu-B21间存在一对附加氢键作为长效效应的主要结构基础,证实分子设计思想的基本正确性。

一种长效胰岛素的分子设计和目标产品制备

按照“增加次级键,稳化寡聚体”以产生长效性的分子设计原理,以精确的胰岛素三维结构为基础,通过计算机模拟提出对残基B2-Val→Lys/Arg的分子改造方案,并预测它能在不影响生物活力的条件下产生长效效应。在此基础上,用化学半合成的方法制备了目标产品desB1-LysB2胰岛素,并进行了产物活力和基本性质测定。结果表明,与天然胰岛素相比较,该目标产品保有基本的降血糖生物活力(82％),表现出显著的长效效应。

拟南芥中PAP特异磷酸酶(AtAHL)的折叠识别与结构预测

通过现有的序列同源性比较、二级结构预测、三维结构预测和模拟方法 ,得到了拟南芥中PAP特异磷酸酶的三维结构 .这是一种与酵母中的Hal2 p蛋白质类似 ,并且N端为α +β ,C端为α/ β结构域的多结构域蛋白质 .分析预测所得结构 ,发现了Mg2 + 等金属离子的结合位点 ,推测了对Na+ 敏感的结构基础 .这些结合位点与其生化功能相关 .而且 ,通过结构与功能分析 ,讨论了蛋白质数据库 (PDB)

约化密度矩阵和蛋白质研究中的原子对势能

讨论为得到在蛋白质折叠和结合研究中所使用的原子对势能,应该建立怎样的物理化学模型和如何应用统计力学.在尽力澄清统计方法背后的物理化学模型的同时,强调了使用平均力势的优点,和应用二阶约化密度矩阵正确计算了平均力势的公式.

B9(Ser→Asp)人胰岛素突变体0.20nm分辨率晶体结构研究——一种速效胰岛素的结构特征

报道了运用X射线分析技术,在0.20nm分辨率测定了B9(Ser→Asp)的正交晶型的晶体结构。精化后的模型显示,B9(Ser→Asp)二聚体的分子骨架与天然胰岛素基本相同,但局部构象有差别,特别在B9Asp突变位点附近的侧链构象有较大变化,残基B9,B13,D9,D13的4个羧基互相排斥,使二聚体内分子间界面上的空间和电荷互补性都遭到严重破坏,从而造成在生理条件下胰岛素二聚体的不稳定,及其在生理条件下的强烈单体化趋向。这些变化构成了B9(Ser→Asp)的速效性的主要结构基础。外,B链N端肽段呈开放状态,可能代表低聚或单体状态下胰岛素的一种新构象状态。

补态关系和稀土离子光谱中的电子-空穴对称性

本文用电子-空穴共轭变换讨论补态关系,考察了存在于三价稀土离子光谱中的电子-空穴对称性。

商陆种子抗病毒蛋白的0.25nm分辨率晶体结构

在高蛋白浓度 ( 1 0 0mg/mL)和高温 ( 33℃ )条件下得到了美洲商陆种子抗病毒蛋白的单晶 ,具有较高的衍射分辨率 .用分子置换法在 0 .2 5nm分辨率确定了该蛋白晶体结构的初始模型 ,经分子动力学修正技术精化 ,晶体学R因子为 1 8.1 5 % ,键长键角对理想值的均方差分别为 0 .0 0 1 6nm和 2 .0 4° .通过与另外两种商陆抗病毒蛋白结构的比较 ,发现连接第 5条 β链段和第 2个α螺旋的环套区位于活性中心附近 ,并且为序列和结构的多变区 ,其上分布着可能的活性残基 。

一种东亚钳蝎酸性神经毒素的晶体学研究

蝎广泛分布于世界各地,存在于我国的主要是东亚马氏钳蝎(Buthus martensi Karsch以下简称BmK).其毒腺分泌毒液,经尾部毒针伤害人畜.现在知道,蝎毒液中的有效毒性成分是一组由30-80个氨基酸组成的多肽和蛋白质,具有神经毒性.其毒性作用来自它们与可兴奋膜结合并提高其去极化能力,从而引起从突触前神经末梢来的神经递质的过量释放.这种作用发生在钠通道水平.显然,阐明蝎毒蛋白的三维结构对研究离子通道作用机理和膜中配体-受体相互作用本质有重要意义.同时,由于蝎毒神经毒素形成一族同源蛋白质,并随其一级结构的不同而出现毒性和作用专一性的显著差异。

解读生命密码——人类基因组计划

DNA测序技术的自动化使得人类基因组测序工作在启动 10年后就已接近完成 .从物理学的角度来看 ,生物体是工作在单分子水平上的多层次综合的信息、能量和物质加工转换系统 .关于生物生长发育和遗传的信息记录在线型分子———核酸的碱基序列中 .每个基因是编码一个蛋白质的核酸片段 .这些蛋白质分子是分子机器的主要零部件 .首次人类基因组测序的完成 ,只是生命密码破译的开始 ,而不是结束 .年轻的物理学家应积极地参与揭示生命本质的活动 .

马氏钳蝎酸性神经毒素(Bmk M8)0.25nm分辨率晶体结构测定

马氏钳蝎中一种酸性弱神经毒素BmK M8的晶体结构测定.BmK M8的X射线衍射数据用面探测器收集,利用碱性蝎神经毒素AaHⅡ的晶体结构作初始模型,取1.5～0.35nm范围的强度数据,应用分子置换法,经交叉旋转函数,PC-refinement和平移函数的计算,确定了BmK M8分子在晶胞中的正确取向和位置,建立初始模型.从该模型提供的初始位相出发,得到了BmK M8晶体的初始相角,采用立体化学制约的最小二乘修正技术在0.8～0.25nm分辨率范围内进行了结构精化.修正结果,最后的晶体学 R因子为0.171,键长标准偏差为 0.0019nm,键角标准偏差为2239°.BmK M8分子由1段两圈半a螺旋(由19～28位氨基酸组成)和3段反平行的β折叠(由2～4,32～37,45～51位氨基酸组成)构成三维折叠的核心,由此核心向外伸出3个Loop区.描述了BmK系列之一的BmK M8分子的肽链折叠特征,辨识出可能存在于所有蝎毒素中的共同的结构模块(Motif),并讨论了保守的芳香残基和荷电残基的空问分布特征及其与毒性的可能关系.这是首次报道一种酸性神经毒素的晶体结构.

流感病毒聚合酶PA亚基与PB1多肽复合体的精细三维结构

近年来禽流感病毒疫情的发生给全球带来了重大威胁。对流感病毒蛋白,特别是流感病毒RNA聚合酶复合体的结构生物学研究对揭示病毒复制机制以及开展相关药物设计都具有重大意义。流感病毒RNA聚合酶是由PB1、PB2以及PA亚基组成的负责流感病毒的RNA合成以及维持病毒生命周期至关重要的分子机器。其中,PB1是该聚合酶的RNA合成亚基,PB2负责获取宿主mRNA用于病毒mRNA合成,而PA亚基功能则不清楚。本研究报道了来源于禽流感病毒RNA聚合酶PA亚基羧基端与PB1氨基端短肽复合体的三维晶体结构。该结构揭示了PA与PB1亚基相互作用方式,并分析了PA分子在RNA结合等方面的功能,对进一步研究PA功能以及开展针对聚合酶PA分子的药物设计具有十分重大的意义。

不同条件下胰岛素别构中间体(T_3R_3)的初步晶体学分析

近年来对于胰岛素基本属性认识的一个重要进展,是X射线结构分析和波谱解析等揭示它具有经典别构蛋白的特性。已发现其单体具有T,R(或R^f)构象,其六聚体则表现出3种构象态:T_6,T_3R_3(或T_3R_3~f)及R_3。

人甲状腺激素应答蛋白THRSP的晶体学研究

甲状腺激素应答蛋白THRSP(Spot14,S14)较早在研究甲状腺素在脂肪组织中的反应时被发现。该基因主要在脂肪生成组织如肝脏、脂肪和乳腺组织内表达。

晶体中蛋白质分子界面的统计分析:特异性和非特异性接触呈不同的统计分析

对蛋白质晶体结构中的分子间结合面的统计分析显示,接触面积(或接触分数)的统计分布呈主要的指数分布和次要的平坦分布的叠加.假定它们分别属于特异性的和非特异性的接触,就可以估计给定面积(或接触分数)的接触面可能具有特异性的概率.通过把数据库分为特异性成分不同的两个子库的方法,证明在从晶体接触中找出特异性结合面时,用接触分数作判据比用接触面积效果稍好.

马氏钳蝎中性神经毒素BmK M4 0.20nm晶体结构测定

BmKM4是一种中性蝎神经毒素 ,在BmK系列中具有中等毒性 ,属GroupⅢα 型毒素 .纯化样品结晶为六方晶体 ,空间群为P6 1.运用X射线衍射分析技术 ,通过分子置换法在 0 .2 0nm分辨率水平测定了BmKM4晶体结构 ,并对模型结构进行了修正 .最后的晶体学R因子为 0 .1 42 ,自由R因子为 0 .1 73,模型的标准键长偏差为 0 .0 0 1 5nm ,标准键角偏差为 1 .75 3° .在一个不对称单位里加入了 6 4个水分子 .精化的结构显示第 1 0位残基含有 1个反常的非脯氨酸顺式肽键 .将精化后的结构与GroupⅡα 型蝎毒素BmKM8(酸性弱毒素 )的结构进行比较 ,并以此为基础讨论该cis肽键可能的结构意义 .