p53活性四聚体全原子分子动力学分析

p53是一种肿瘤抑制蛋白,对阻碍癌症发展、维持遗传完整性起着至关重要的作用.在细胞核内,4个p53分子通过高度协同的方式、通过DNA结合域与DNA结合,形成稳定的四聚体活性结构,并转录激活或抑制其靶向基因.然而,大多数肿瘤细胞中存在大量p53的突变,其中绝大部分突变发生在p53的DNA结合域,而p53的DNA结合域又是p53形成四聚体活性结构、调控下游靶基因转录的重要区域.本文通过全原子分子动力学模拟,研究了野生型p53四聚体内分子间的相互作用机制.结果表明,位于DNA两侧的对称二聚体是一个稳定的二聚体,在与DNA结合前后都能维持稳定的结构.位于DNA同侧的两个单体依靠两个接触面提供的蛋白-蛋白相互作用和DNA的骨架作用使四聚体活性结构保持稳定,这些相互作用为四聚体的形成机制提供了重要支撑.该工作厘清了p53四聚体在动力学过程中的内部相互作用机制和关键残基,揭示了四聚化过程中各个相互作用界面的关键位点,对于理解p53的抑癌机制、探索有效治癌策略、发展治癌药物具有重要意义.

人端粒i-motif:结构、识别和生物学功能

人端粒i-motif是由人端粒末端富含胞嘧啶(cytosine,C)的核酸序列形成的特殊高级结构,在端粒重复序列RNA(telomeric repeat-containing RNA,TERRA)转录调控、端粒功能维持和端粒酶活性抑制等方面发挥重要作用。端粒i-motif与多种癌症的发生密切相关,是癌症治疗的一个新靶点。相对于核酸G-四链体等高级结构,端粒i-motif稳定性较差,且受溶液pH、离子状态和拥挤环境等的影响,其在近中性的生理环境下能否稳定形成,长久以来存在争议。采用体外筛选的小分子配体特异性识别并稳定端粒i-motif,为探究该结构的生物学功能以及以端粒为靶点的癌症治疗提供了新策略,是目前的研究热点。但相对于其他核酸高级结构,目前所报道的端粒i-motif特异性配体分子仍较为匮乏。因此,本文将简要介绍i-motif结构的发现历程及其结构特征,并着重对体外环境下人端粒i-motif稳定性的影响因素,以及目前已报道的端粒i-motif配体分子及其生物学功能和调控机制等进行综述。文章内容将为近生理条件下端粒i-motif的结构研究和以其为靶点的特异性配体筛选提供基础,同时也为人端粒相关的癌症机制探究和治疗策略开发等提供思路与方向。

d(TC_n)序列形成i-Motif四聚体的电喷雾质谱分析

富含胞嘧啶(C)的DNA序列d(TCn)能通过C和质子化CH+氢键之间的相互作用形成平行的双链结构,两条质子化双链从头到尾插入,进一步形成反平行i-Motif四链结构。利用电喷雾质谱在乙酸-乙酸铵缓冲溶液中研究了样品浓度、缓冲液的浓度、溶液的pH值及d(TCn)序列中C的长度(n=3,4,5,6)对d(TCn)形成四分子i-Motif结构影响。结果显示:d(TC5)序列在pH 4.0～5.0,甲醇含量为30%,浓度为20mmol/L醋酸-醋酸铵缓冲溶液中形成四聚体准分子离子强度最高。对于所研究的d(TCn)序列,序列长度(n)越大,形成四分子i-Motif离子的相对强度越高。

HIV-1整合酶四聚体结构模拟及其活性位点分析

HIV-1复制需要HIV-1整合酶将其环状DNA整合进宿主DNA中,这其中包括2个重要反应,即"3′-加工"和"链转移",两者均由HIV-1整合酶催化完成.阻断其中的任一反应,都能达到抑制HIV-1复制的目的.因此,了解HIV-1整合酶的完整结构和聚合状态,对深入探讨其作用机理及设计新型抑制剂具有重要的指导作用.然而,迄今为止仅有HIV-1整合酶单独结构域的晶体结构可供参考,而其全酶晶体结构尚未获得解析.本研究利用分子模拟技术,通过蛋白质-蛋白质/DNA分子对接、动力学模拟等方法,构建了全长整合酶四聚体的结构模型、HIV-1DNA与整合酶复合物的结构模型,进一步从理论上证实HIV-1整合酶是以四聚体形态发挥催化作用,明确"3′-加工"和"链转移"在HIV-1整合酶上的催化位点.同时,通过与作用机理相似的细菌转座子Tn5转座酶等的结构比对,推测HIV-1整合酶的核心结构域中应有第2个Mg2+存在,其位置螯合于Asp64与Glu152之间.在HIV-1整合酶结构研究的基础上,有望进一步设计出新的抗艾滋病药物.

双酚A和邻苯二甲酰氯芳香酯环状四聚体的分离及其晶体结构研究

双酚Ａ和邻苯二甲酰氯芳香酯环状低聚物经硝基笨重结晶得到环状四聚体，利用ＧＰＣ、ＭＳ（ＦＡＢ）、１ＨＮＭＲ、ＩＲ、ＤＳＣ和元素分析对其结构进行了表征。其晶体结构由广角Ｘ射线衍射法确定为正交晶系，晶胞参数为α＝０．９６７６ｎｍ，ｂ＝０．８６９９ｎｍ，ｃ＝２．０８５９ｎｍ。每个晶胞中含有２个环状四聚体分子，晶体密度为１．３６ｇ·ｃｍ－３，对环状四聚体晶体衍射峰进行了详细的指标化。

基于核酸i-motif结构的pH响应荧光传感器

利用核酸i-motif结构对质子的超敏感特性,选择富含胞嘧啶C的核酸链及其互补链,以及染料SYBR Green Ⅰ对单双链DNA的不同荧光响应特性,研制了一种灵敏的新型pH响应荧光传感器。当pH值从5.0变为7.5时,SYBR Green Ⅰ的荧光强度增大了4倍以上,pH传感范围是5.0～7.5,并显示出很高的pH分辨率(0.1个pH单元)。该pH传感器具有简单、快速、成本低等优点,有望用于相关生物过程中微小pH值变化的传感分析。

富勒烯C_(20)四聚体的结构与性能

采用密度泛函理论中的杂化密度泛函(B3LYP)方法,在6-31 G基组水平上对C_(20)四聚体进行了几何参数全优化,得到了基态构型,并对其稳定性、电子结构、极化率和芳香性进行了计算研究.结果表明:C_(20)碳笼以[2+2]加成方式结合形成C_(20)四聚体,具有良好的热力学稳定性;C原子内部以sp^2的方式杂化,C原子之间有少量电荷转移;C_(20)四聚体的IR和Raman光谱都有较多的振动峰;随碳笼数的增加,C_(20)聚合物中原子间的成键相互作用随之增强;C_(20)四聚体具有芳香性.

化学和电化学方法合成苯/胺封端苯胺四聚体

利用改进了的 Mac Diarmid氧化偶联方法合成了苯 /胺封端的苯胺四聚体 .通过对循环伏安曲线的分析 ,给出二聚体经由电化学氧化 -化学偶联成为四聚体的机理 .

DNA特殊二级结构及其应用进展

核酸在生命遗传过程中发挥着重要作用,其特殊的DNA二级结构不仅包含遗传信息,还可在体内发挥特定的生理功能、在体外被用作生物传感器的组成元件。目前,DNA特殊二级结构主要包括发卡(hairpin)、十字形(cruciform)、双螺旋(double helix)、三螺旋(triplex)、G-四联体(G-quadruplex)、G-三联体(G-triplex)和i-motif等。DNA特殊二级结构无论是在体外还是在体内均已被广泛研究,因此,基于已有的研究成果,概括总结了DNA特殊二级结构中G-quadruplex、G-triplex、i-motif的发展史、结构组成、特殊功能以及在生物传感、纳米材料、体内检测等方面的应用,最后剖析了目前在DNA特殊二级结构的研究中存在的问题与不足,并对其今后的研究方向做出了展望,以期为DNA特殊二级结构在生物传感、分子医学等领域的应用提供理论支持。

hCGβ-CTP37多聚体在巴斯德毕赤酵母中的表达及其表达产物的结构预测

hCGβ-CTP37(简称CTP)肽段是hCG分子的特有部分,存在hCG的特异表位。为了解CTP利用毕赤酵母进行表达的情况及探索其作为研制调节生育和抗肿瘤疫苗的可行性,本研究中我们将2、3、4个CTP以头尾串联的方式重组成多聚体基因,然后克隆入载体pPIC9K得到表达质粒pPIC9K-Cα-(CTP)_n(n=2,3,4),电转染入酵母细胞进行表达。在培养基上清中我们检测到了目的基因表达产物,Westernblot结果显示它们的分子量分别约为:20KDa、30KDa、40KDa,且能与抗hCG多克隆抗体结合。另外,我们还利用ANTHEPROT4.3蛋白序列分析软件包对表达产物CTP四聚体的结构进行了预测分析,结果表明CTP四聚体的抗原性明显强于hCGβ-CTP37单聚体,CTP四聚体与hCGβ二级结构较为相似,但CTP四聚体的抗原专一性要优于hCGβ。CTP多聚体在毕赤酵母系统中的成功表达及对表达产物抗原性的初步分析为今后利用CTP研制调节生育和抗肿瘤疫苗奠定了基础。

一例含阴离子水簇的钴配合物的合成、结构及理论研究

金属配合物中的水簇研究为研究宏观意义上的水以及与蛋白质分子有关的水分子提供了有效途径。本文合成了一个含有阴离子水簇的带状超分子配合物[Co(2,2-bipy)_(2)(N_(3))_(2)](N_(3))_(0.5)Cl_(0.5)·2H_(2)O(1,2,2-bipy=2,2-联吡啶)。单晶结构解析表明,配合物属于三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数为:a=0.82254(7)nm,b=1.17558(9)nm,c=1.23706(10)nm,α=91.3790(10)°,β=92.1510(10)°,γ=108.1190(10)°,V=1.13527(16)nm^(3),由一个单核[Co(2,2-bipy)_(2)(N_(3))_(2)]^(+)配合物阳离子、两个非配位水分子、0.5个游离的叠氮离子和0.5个氯离子组成,叠氮离子和氯离子位置无序,占有率各为50%。两个客体水分子通过强烈的分子间氢键作用形成了环状水四聚体,且与无序的N^(-)_(3)和Cl^(-)通过氢键作用形成了一个[(H_(2)O)_(4)(N_(3))Cl]^(2-)阴离子水簇。此外,本文基于密度泛函理论(DFT)对配合物[Co(2,2-bipy)_(2)(N_(3))_(2)]^(+)阳离子进行了量子化学计算,分析了其单点能和原子电荷,并计算了中心金属离子的氧化态,计算结果与实验相吻合。

原子尺度上探索生命的奥秘——读《结构生物学:从原子到生命》

小到细菌,大到蓝鲸,生命的形貌多姿多彩,但构成生命体的基本要素是一致的,均包括核酸、蛋白质、脂质和碳水化合物等几大类生物大分子。新陈代谢等生命过程正是通过这些生物大分子的不断流转和变化来实现的。一直以来,科学家们对生物大分子结构的解析极大地推动了人们对生命过程的理解。例如:沃森和克里克提出DNA呈双螺旋排列,直径约2 nm,相邻碱基对之间大概相距0.34 nm,每转一圈约10个碱基对,这一结构模型的提出使得DNA的复制模式和遗传机制豁然开朗,并且影响深远;佩鲁兹(Perutz)对血红蛋白结构的解析表明,它是一个四聚体,含有4个氧结合位点,并且在携氧和脱氧时血红蛋白构象不同,这为理解蛋白质结构与功能的联系铺平了道路。

大鼠金属硫蛋白晶体堆积形式的理论研究

考虑到蛋白质在结晶过程中溶液和晶体之间的动态平衡 ,蛋白质在溶液中的聚合状态决定了晶体堆积的最小单元 .通过动态光散射实验以及计算机模拟 ,对大鼠金属硫蛋白亚型 和兔肝金属硫蛋白亚型 和 的聚合物形式进行了比较 ,可以确定大鼠金属硫蛋白亚型 在结晶条件下的缓冲液中应该以四聚体而不是二聚体形式存在 .通过考察晶体的模型也可以发现 ,晶体的确可以通过四聚体的形式堆积得到 。

质子驱动的核酸纳米机器

i-motif结构是一种特殊的DNA二级结构,它是由四个胞嘧啶重复序列在质子的参与下形成的四链螺旋,该结构只有在酸性环境才能维持,因此可以将其设计成一个质子驱动的纳米级分子机器。本文通过与其它DNA分子机器比较,详述了质子驱动的分子机器的工作机理,评价了该机器的优越性、做功能力,并介绍了其多方面应用。

花的形态与花发育的ABCDE模型

系统介绍了花发育的ABCDE模型的内容,解释了自然界中各类花形态形成的分子生物学机制,绘制了各种花发育的模式图,推理了各组基因的功能和突变体类型,有助于系统了解花发育的奥秘。

DNA-Lipid探针用于细胞膜外pH值的原位成像

将二酰基脂质体自动偶联到两端标有Cy3和Cy5的具有i-motif结构的DNA链上,形成二酰基脂质体-DNA共轭物(DNA-lipid)探针。二酰基脂质体与细胞膜之间强烈的疏水作用可使该探针直接插入细胞膜表面,实现缺氧和常氧条件下细胞外pH值的比率型检测。在高pH值条件下,具有i-motif结构的DNA链两端的荧光基团处于分离状态,无FRET效应;在低pH值条件下,具有i-motif结构的DNA链在细胞膜表面形成四聚体结构,两端的荧光基团相互靠近,产生强的FRET效应。通过测定两种荧光基团的荧光强度比值实现了pH值的定量检测。利用此探针对pH值的灵敏响应实现了对缺氧环境中细胞外pH值的精确测量,在生理病理学上具有重大意义。

基于四链DNA构建纳米结构的研究进展

除DNA双螺旋结构外,DNA分子还可以形成三链和四链等其他二级结构.近些年来人们更加关注四链DNA的研究,包括G-四链体和I-motif结构.一方面由于富G和富C序列存在于基因的重要区域并发挥重要作用;另一方面由于四链结构组装的特殊性和结构柔性,其也常用于构建DNA纳米结构.此前基于双链DNA已经构建出许多纳米结构和材料,并发展出模块组装和DNA折纸等成熟的DNA纳米结构组装方法.本文将重点介绍近些年来富G和富C长链形成的四链DNA纳米结构和以四链结构为基本组装单元构建DNA纳米结构的相关研究进展,并简要介绍四链DNA纳米结构的功能性应用及展望其未来发展方向.

基于笼状鸟嘌呤四聚体超分子聚合物的制备与自组装

合成了3种分别由碳链、醚氧链和硫醚链桥连的新型双鸟嘌呤衍生物(3,4,7),产物的结构经1H NMR和高分辨质谱确认.利用量子化学理论计算及高分辨质谱表征的方法探讨了化合物在不同碱金属离子(Li+,Na+,K+,Rb+,Cs+)存在下的自组装行为.研究表明,只有双鸟嘌呤衍生物4在碱金属离子存在下可以自组装形成一种笼状结构,并且在钾离子存在下能够形成超分子水凝胶.根据高分辨质谱和透射电子显微镜的表征结果,提出了这种超分子水凝胶可能的形成机理.

单根DNA短链构筑pH响应超分子水凝胶

设计合成了一条包含两段自互补序列和一段富含胞嘧啶(C)序列的DNA单链.在碱性条件下,两段自互补序列可通过分子间自组装形成一维DNA纳米线,调节p H至酸性条件后,胞嘧啶序列通过形成双分子i-motif结构将纳米线交联,从而形成DNA水凝胶.当加入酸或碱调节体系的p H时,水凝胶的力学强度会发生变化.在p H为5.3时,水凝胶力学强度达到最大,增大或减小p H都会使水凝胶强度降低.同时,改变DNA单链浓度也能够调节水凝胶的力学强度.此凝胶制备过程原料合成简便,无需涉及不同DNA链定量配比的问题,大大简化了实验操作;另外i-motif结构在形成与解离两态之间的转换非常迅速,在几秒钟之内便可完成,也赋予该凝胶快速p H响应的特性.

植物水通道蛋白的运输和调节

水通道蛋白是细胞间和细胞内水分运输的主要通道,其运输和调控对于植物细胞的水分稳态和胁迫响应具有重要作用。本文综述了水通道蛋白运输的分子机制以及结构修饰、门控、膜转运和异源四聚体等调节机制。