分子动力学模拟研究氨基酸亲疏水性质对蛋白质结构的影响

目的:从氨基酸的侧链大小、带电性、二硫键的形成等方面研究氨基酸的亲疏水性质对蛋白质结构的影响。方法:利用VMD软件构建由不同亲疏水性氨基酸组成的蛋白质模型,并采用分子动力学方法对体系进行模拟。结果:体系键伸缩能与键弯曲能的大小仅与氨基酸的侧链原子数目有关,与氨基酸的亲疏水性质无明显相关性,但疏水型氨基酸构建的蛋白质链其范德华能低于亲水型氨基酸构建的蛋白质链。同时,氨基酸的亲疏水性质会直接影响蛋白质链的二级结构,通过对蛋白质链的均方根涨落和均方根偏差分析得到,疏水型氨基酸构建的蛋白质链能够维持稳定的α螺旋结构。结论:对氨基酸的亲疏水性质与蛋白质链能量及结构参数的关系的研究结果,可为后续进一步理解蛋白质的三级结构特征和动力学行为提供理论支持。

RESEARCH ON SYNCHRONOUS DOUBLESOLITON ON HELICAL CHAIN MODEL OFTHE α-HELIX PROTEIN

Increase a degree of freedom for one dimension dynamical system of the α-helix protein, obtaining the dynamical system model of double degree of freedom. In this new dynamical system there are the solution of double soliton on the polypeptide chain of α-helix protein, and the coupling intensity of the double soliton relate obviously with their center distance. The solution of the synchronous double soliton has been studied by the analytical method for two cases of the stronger and weaker coupling. The possible effect brought by tile double soliton for the protein property has been discussed.

Beyond a Quartic Polynomial Modeling of the DNA Double-Helix Genetic Code

By combination of finite number theory and quantum information, the complete quantum information in the DNA genetic code has been made likely by Planat et al. (2020). In the present contribution a varied quartic polynomial contrasting the polynomial used by Planat et al. is proposed that considered apart from the golden mean also the fifth power of this dominant number of nature to adapt the code information. The suggested polynomial is denoted as g(x) = x4 - x3 - (4 - ϕ2 )x2 + (4 – ϕ2)x + 1, where is the golden mean. Its roots are changed to more golden mean based ones in comparison to the Planat polynomial. The new coefficients 4 – ϕ2 instead of 4 would implement the fifth power of the golden mean indirectly applying . As an outlook, it should be emphesized that the connection between genetic code and resonance code of the DNA may lead us to a full understanding of how nature stores and processes compacted information and what indeed is consciousness linking everything with each other suggestedly mediated by all-pervasive dark constituents of matter respectively energy. The number-theoretical approach to DNA coding leads to the question about the helical structure of the electron.

“α-螺旋主导蛋白质的圆二色光谱测定”实验室间比对项目统计结果分析——基于经典统计法

圆二色(CD)光谱是一种广泛使用的测量蛋白质结构和构象变化的方法,可以提供除其他生物物理、化学和结构生物学技术以外的辅助结构信息。为了评价各实验室间CD测量结果的准确性,实施了2022年度高校实验室间比对项目“α-螺旋主导蛋白质的圆二色光谱测定”,项目以一种α-螺旋为主导的蛋白质(细胞色素C)在波长222 nm处的圆二色值作为考核参数,共有来自12个国内高校测试平台和科研院所的实验室参加了此次比对活动。通过基于经典统计法对比对数据的统计分析,表明各参加实验室测量结果偏差均在可接受范围之内,有效验证了不同实验室间进行CD光谱测量的可比性和可靠性。

基于短链抗菌肽Cn-AMP1的拼接肽合成及抗菌活性研究

目的以短链抗菌肽Cn-AMP1为基础拼接得到的抗菌肽C2和C4的抗菌活性和抗菌机制研究。方法应用生物信息学方法分析多肽的理化性质参数;使用圆二色光谱法测定其二级结构;使用CCK-8法测定其对BEAS-2B细胞毒性;通过抑菌实验和细菌细胞外膜实验,研究Cn-AMP1、C2、C4肽靶向细菌细胞膜的作用机制。结果圆二色光谱测定结果表明,在模拟膜环境中设计合成的C2和C4为α-螺旋结构;抗菌肽C2和C4相较于母肽Cn-AMP1具有良好的抗菌活性以及较低的细胞毒性;此外抗菌肽C2和C4与母肽Cn-AMP1相比都具有个更强的破坏细胞膜能力。结论C2和C4肽具有比Cn-AMP1肽更好的抗菌活性。

α螺旋结构影响蛋白质稳定性的模拟研究

目的:研究蛋白质二级结构中α螺旋的比例对蛋白质三级结构的影响。方法:构建不同的蛋白质链模型,以α螺旋结构占比的不同对体系进行区分并采用分子动力学模拟的方法进行研究。结果:以不同比例α螺旋结构的蛋白质链作为样本,研究其结构的稳定性以及体系的能量。结果表明,体系的键伸缩能和键弯曲能几乎不随蛋白质链中α螺旋结构比例的变化而变化,范德华能受α螺旋结构占比的影响较大,α螺旋占比大的蛋白质链其体系范德华能减小。同时我们发现在该温度(400 K)下,α螺旋结构占比低的蛋白质链中,容易发生α螺旋结构解旋现象,而α螺旋结构占比高的蛋白质链中,部分连接处的非α螺旋结构反而会转变成α螺旋结构。通过分析组成蛋白质链的氨基酸残基的均方根偏差和均方根涨落值可以发现蛋白质链中含α螺旋结构的比例越高,其结构稳定性越强,柔性减弱。结论:这些研究成果呈现α螺旋对蛋白质整体结构的影响,也为其结构转变的动力学行为研究提供理论依据。

pH对肌原纤维蛋白二级结构及其热诱导凝胶特性的影响

【目的】研究pH对猪肉肌原纤维蛋白二级结构α-螺旋及其热诱导凝胶硬度、保水性及微观结构的影响。【方法】采用圆二色谱(circular dichroism,CD)测定不同pH下,猪肉肌原纤维蛋白α-螺旋含量的变化;用物性测试仪测定相应pH下肌原纤维蛋白热诱导凝胶的硬度,用离心法测定其保水性,同时利用扫描电镜拍摄其微观结构。【结果】随着pH偏离肌原纤维蛋白等电点(pI)向中性范围靠近,其α-螺旋含量及其热诱导凝胶的保水性都逐渐增大;而凝胶硬度在pH6.0时达最大值;在远离等电点的中性条件下,肌原纤维蛋白凝胶具有较高有序性的微观结构,而且结构均匀,酸性条件下凝胶的微观结构有序性低,不均匀,且存在聚合物。【结论】猪肉肌原纤维蛋白α-螺旋含量与其热诱导凝胶保水性呈正相关关系;蛋白含天然结构α-螺旋较多时,凝胶微观结构比较有序,反之,凝胶微观结构比较粗糙。

富含亮氨酸和精氨酸的抗菌肽设计

通过构建亮氨酸疏水面和精氨酸亲水面来设计全新的抗菌肽,并评估利用这种螺旋轮投影模型设计出的抗菌肽的生物学活性。检测了设计得到的新型抗菌肽LGR16的最小抑菌浓度(MICs)、对于红细胞和哺乳动物细胞的细胞毒性以及杀菌动力学。结果表明,新型抗菌肽LGR16具有很强的抗菌活性,其对于革兰氏阴性菌和阳性菌的最小抑菌浓度分别为8和4μg.mL-1。LGR16杀菌速度快,在10min内能杀死细菌。在最小抑菌浓度该抗菌肽只表现出很弱的溶血活性和对哺乳动物细胞的细胞毒性。综上可见,抗菌肽能够通过在螺旋轮中聚集疏水性或者碱性氨基酸残基来设计,而且本研究得到的抗菌肽LGR16具有替代抗生素的潜质。

热处理对扇贝闭壳肌肌动球蛋白生化性质的影响

肌动球蛋白是扇贝闭壳肌中的主要功能蛋白质,对贝类制品的品质起关键的作用。文中以虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)闭壳肌为原料,提取其肌动球蛋白,并考察了热处理温度和时间对肌动球蛋白的α-螺旋含量、表面疏水性、活性-SH含量和浊度的影响。结果表明:在热处理过程中,扇贝闭壳肌肌动球蛋白的α-螺旋发生解旋,肽链展开,疏水性氨基酸残基暴露,蛋白表面疏水性增强;同时热处理使活性-SH氧化生成二硫键,蛋白聚集,使得扇贝闭壳肌肌动球蛋白的浊度增加。加热温度越高,这些指标变化越快。由此推断,扇贝闭壳肌肌动球蛋白在热处理过程中伴随着肽链的解旋和蛋白的无规则聚集。

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.

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<1μmol/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0.3μmol/L增大到2.0μmol/L时,其α-螺旋含量迅速降低;当Cygb浓度>2.0μmol/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368K,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。

金葡菌主动外排蛋白QacAα-螺旋13氨基酸的功能研究

目的评价金葡菌多药耐药主动外排蛋白QacAα-螺旋13位于细胞膜侧的氨基酸对于底物转运的重要性。方法用半胱氨酸定点诱变的方法突变E407,S408,M409,Y410,D411和L412,测序确定突变后,测定最低抑菌浓度(MIC)和进行运输试验比较突变前后细菌转运功能的变化。结果MIC分析表明突变株E407,Y410和D411耐药性显著降低,运输实验结果与MIC结果一致,提示这3株突变株失去对底物的转运能力。结论QacA蛋白α-螺旋13上的3个氨基酸可能与底物的结合和转运功能密切相关。

添加剂对喷雾干燥干扰素α-2b稳定机制的研究

目的研究添加剂对蛋白质在喷雾干燥过程中的稳定机制。方法以乳糖或甘露醇作为赋形剂,并以聚山梨酯20、十二烷基硫酸钠、L-赖氨酸、羟丙基甲基纤维素或羟丙基-β-环糊精为添加剂将干扰素α-2b制成喷雾干燥粉末。用X光电子能谱分析研究干扰素α-2b的表面吸附现象,用圆二色谱测定该蛋白的二级结构。结果上述几种添加剂均能降低干扰素的表面吸附量;当以乳糖(而非甘露醇)为赋形剂时,添加剂的加入提高了该蛋白α螺旋结构的含量。结论蛋白质在喷雾干燥过程中的稳定性受载体结晶、表面富集和构象变化等多种机制影响。

α-螺旋蛋白质分子链上的孤立子寿命

以连续近似条件下的孤立子为初始条件,对α 螺旋蛋白质分子链上动力学方程的数值解进行了讨论,发现在不考虑热振动影响的情况下,α 螺旋蛋白质分子链上孤立子的寿命仍是有限的.

种子盐溶球蛋白的结构特征

种子球蛋白一直是人类食物的主要来源。随着对种子球蛋白药理作用认识的不断深入 ,近年来研究重点已从单纯的序列转向结构的研究。种子球蛋白二级结构 (如α-螺旋和β-折叠 )存在较大程度的相似性 ,具有较大的保守性且与蛋白质的特殊功能关系密切 ;而三级结构之间差异明显 ,属易变异区 。

圆二色谱分析抗氧化剂EGb761配伍TA9901对老化Aβ_(1-42)二级结构改变的影响

目的 研究抗氧化剂EGb76 1、TA990 1及EGb76 1配伍TA990 1抑制Aβ1-42 聚集作用的分子机制。方法 运用圆二色谱 (CD)分析Aβ1-42 老化后以及其与EGb76 1、TA990 1和二者配伍物共同孵育后二级结构变化。结果 Aβ1-42 孵育 30min和 2 4h及用EGb76 1、TA990 1和其配伍物干预后 ,Aβ1-42 的CD图形发生了明显改变 ,30min以不规则卷曲和α 螺旋为主 ,其含量分别为 4 0 5 %和 2 5 4 % ;孵育 2 4h后以 β 折叠为主 ,占 4 0 3% ;TA990 1、EGb76 1和配伍物分别与Aβ1-42 共同作用后 ,则α 螺旋结构增多 ,分别为 37 6 %、4 5 3%和 10 0 % ,β 折叠消失。 结论 EGb76 1配伍TA990 1及其成分均能促使老化的Aβ1-42 由 β 折叠向α 螺旋转化 。

钒卤代过氧化物酶构象模型分子的设计、合成及仿生催化活性

基于钒卤代过氧化物酶(V-HPOs)活性中心的N、O配位环境及活性中心与氨基酸残基、水分子之间的氢键作用的模拟,我们设计、合成了两种钒氧配合物:(C3H5N2)2[(VO)2(μ2-C2O4)(C2O4)2(H2O)2](1)和(VO2)2(μ2-C2O4)(C3H4N2)2(2),并通过X射线单晶衍射方法确定了它们的结构.晶体结构分析表明上述钒氧配合物的配位环境与(V-HPOs)活性中心十分相似,且在配合物的三维堆积结构中具有类α-螺旋结构.溴化反应活性研究发现这些钒氧配合物在仿生催化实验中表现出较高的催化活性.

多肽的α螺旋结构对多肽与钙调蛋白亲合力的影响

本文设计并采用固相法合成了4种钙调蛋白可结合多肽,这些多肽分成两组,每一组中两个多肽的碱性和疏水性相近,但形成α螺旋结构的倾向(预测)不同。研究了这些多肽与钙调蛋白的相互作用,在Ca^(2+)存在下,这些多肽与丹磺酰钙调蛋白结合,使丹磺酰钙调蛋白的荧光光谱发生显著变化,测定了多肽与钙调蛋白所形成的复合物的解离常数。结果表明,预测形成α螺旋结构倾向较大的多肽与钙调蛋白的亲合力也较大。

不同介质中蜂毒素聚集/解聚集的超分子调控及相关机理

利用荧光光谱和圆二色谱等技术手段研究了蜂毒素在2-羟丙基环糊精、氯化钠或DOPC调控下的聚集/解聚集过程、相关机理以及不同介质中α-helix的含量.研究结果表明,蜂毒素在不同介质中的聚集能力、构象以及和介质分子相互作用力均存在很大差别.

利用傅里叶变换光谱技术分析拉伸羊毛的二级结构

利用傅里叶变换红外光谱、傅里叶变换偏振红外光谱及傅里叶变换拉曼光谱技术分别对不同拉伸率(0、30%、50%)下的羊毛二硫键、分子链段取向结构及大分子构象的变化进行了分析.结果表明:羊毛纤维拉伸率越大,二硫键断裂越多;随着拉伸率的增大,部分α-螺旋链转化为β折叠链形式,二向色性比值减小,但减小的幅度不大;在拉伸羊毛的构象分析中可知,酰胺I带中,随着拉伸率的提高,α-螺旋含量减少,β折叠构象和无规卷曲构象的含量增加;酰胺III带中,拉伸初期主要改变的是纤维中微原纤的结构,微原纤从α-螺旋结构转变为β折叠结构,当拉伸率提高后,纤维结构的变化主要是内部基质及细胞间质的变化.