基于综合能力培养的“结构生物学”教学改革

结构生物学作为迅速发展的前沿学科,已渗入到生命科学各个研究领域。“结构生物学”课程的开设对拓展本科生知识体系、培养学生科学精神、创新能力等具有重要作用。为满足“新工科”人才培养需求,教学团队基于“价值塑造、知识传授、能力培养”的三位一体教育理念,以培养学生思维能力、创新意识和工程实践能力为目标,设计进阶式教学内容,挖掘思政元素;基于问题导向学习(problem-based learning,PBL)建立多样化教学模式、学生评价体系和教学评价体系,培养学生分析问题和解决问题能力,建立一套适合生命学科各专业本科生的“结构生物学”教学体系。学生参与的评估数据结果表明,该教学改革实践效果良好,有助于“新工科”背景下研究型综合创新人才的培养。

高通量蛋白质结构生物信息学进展

本文总结了高通量蛋白质结构生物信息学的最新进展,包括结构数据管理、工具软件开发和结构数据挖掘三个主要方面。结构数据管理方面,得益于类AlphaFold系统的发展,蛋白质结构数据量实现爆发式增长,直接促进了压缩技术的升级,也吸引了研究者对结构数据管理的关注。工具软件开发方面,以Foldseek为代表的新算法实现了高速的结构比对,突破了结构分析的通量瓶颈,此外深度学习模型的大量应用从多个方面改进了基于结构的蛋白质功能注释。结构数据挖掘方面,研究者以组学思维处理结构大数据,在持续的探索中提炼分析要素、优化方法,并在新工具的帮助下推动着结构数据挖掘的进阶。随着高通量方法的发展,结构生物信息学有望在生命科学中发挥更重要的作用。

复杂运动情境下AMPK的多位点修饰及其活性调节——基于蛋白质结构生物学的解析

腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)以异源三聚体的形式广泛存在于真核生物体内,被认为是细胞的能量感受器和机体的核心代谢调节因子。运动与AMPK的相关研究已持续数十年,研究发现:1)急性运动迅速激活AMPK;2)长期训练提升安静状态AMPK的活性;3)长期训练减弱AMPK对运动的应激反应。这表明AMPK对研究中设置的运动情境很敏感。AMPK的蛋白结构包含多个磷酸化位点,以及泛素化、SUMO化、乙酰化、甲基化和氧化位点,这些位点的共价修饰大部分是可逆和可组合的。通过结构生物学的解析可以预测,AMPK蛋白复合物并非只有简单的激活态与失活态,α-Thr172磷酸化不一定是AMPK酶活性的生物标记。多个位点的翻译后修饰以及变构调节,让AMPK亚基可能组合成不同中间状态,蛋白结构的柔性让AMPK能够以不同活性形态应对复杂的生理情境(包括复杂的运动情境)。未来的研究可以探讨多位点修饰与AMPK活性之间的对应关系,从而进一步解析AMPK对运动的响应机制。

人丙肝病毒的结构生物学研究进展

丙型肝炎在全球范围内继续传播,每年增加300万新感染病例。丙型肝炎病毒(Hepatitis virus, HCV)属于黄病毒科肝炎病毒属的病毒,被认为是肝硬化和肝细胞癌的主要病因。HCV具有单个正链RNA基因组,其编码由大约3 000个氨基酸组成的多聚蛋白前体。该蛋白在多个位点被切割生成结构蛋白和非结构蛋白。过去几年中,在阐明HCV蛋白质的结构方面取得了很大进展,其中大部分蛋白质可作为抗病毒靶标进行研究。但是,HCV蛋白在病毒生命周期期间执行多种功能,且这些功能可以通过不同的结构构象和/或与病毒和/或细胞蛋白的相互作用进行调节。本文总结了近几年在HCV结构生物学领域的现有知识并介绍该领域的最新进展。

树立医学生的科学自信——以抗击新冠疫情期间国内科学家在结构生物学领域取得的成果为例

自新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情暴发以来,国内科学家通过结构生物学方法解析了新型冠状病毒(2019-nCoV)的数个致病相关蛋白空间结构,为揭示新型冠状病毒肺炎发病机制和治疗药物的筛选打下基础。以其中涉及的分子生物学技术和科学人文精神为课程思政元素,探讨其与医学院生物化学与分子生物学课程的联系与应用价值。

《结构生物学》在药学本科教育中的教学实践

结构生物学是现代生命科学研究的前沿主流学科之一,其在药学研究领域的作用日益凸显。这门学科主要致力于研究生物大分子及其复合物的三维结构,可为疾病发生的机制、精准药物的合理设计等提供研究基础,已经被证明可快速推进创新药物的研发。面向药学本科生开设《结构生物学》这门课程,可以使学生了解这一学科的基本知识、研究方法、最新进展及其在药学研究中的应用,从而为从事新药创制相关行业打下基础。文章对药学本科教育开设该课程的重要性进行了讨论,分析了结构生物学课程的现状及问题,并介绍了开设结构生物学课程的实践心得。

结构生物学研究在中国

1970年代初期,中国科学工作者测定了亚洲地区第一个蛋白质晶体结构——猪胰岛素三方二锌晶体结构,成为中国结构生物学历史发展的起点.进入新世纪,该学科领域已进入国际前沿,展现出快速发展态势,正在迎来发展新时期.本篇评述包含"历史发展","现代化实验设施建设"和"深入生命世界,走进国际前沿——近年代表性研究成果集萃"三个主题节段,以较全视野反映结构生物学研究在中国的发展历程.

碳纳米管原子力显微镜针尖在结构生物学研究中的应用

碳纳米管以其较小的半径、较高的纵横比和高的柔韧性成为原子力显微镜对结构生物学进行研究的理想针尖。新的制备方法获得了亚纳米级半径的碳纳米管针尖 ,运用它们得到了生物大分子及其复合物的生物结构 ,并获得了新的生物信息 。

人乳头瘤病毒衣壳蛋白结构生物学研究进展

人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)的感染会导致人类多种疾病,尤其是女性宫颈癌。HPV衣壳是由主要衣壳蛋白L1和次要衣壳蛋白L2形成的T=7的正二十面体结构,L1蛋白具有较强的免疫原性且能在体外自组装形成与天然病毒结构相似的类病毒颗粒(virus like particle,VLP),是目前HPV疫苗的理想形式。此外,L1、L2蛋白在病毒的感染中发挥着重要作用。对HPV衣壳蛋白结构和功能的研究,有助于进一步阐明HPV的颗粒组装机制、致病机理及感染机制,为今后开展HPV相关疾病的研究提供指导方向。本文就HPV衣壳蛋白的结构、病毒颗粒组装及衣壳蛋白间相互作用研究进展进行综述。

分子靶标烟草花叶病毒外壳蛋白的结构生物学研究进展

病毒外壳蛋白(CP)是烟草花叶病毒(TMV)基因结构的重要组成部分,其主要功能除保护核酸物质不被降解外,还与TMV的远距离移动及寄主症状有关。目前研究较多的是CP基因介导的抗性、药剂干扰CP的聚合等,而有关靶标CP与药剂的作用机理尚未有系统全面的报道。从结构生物学的角度出发,详细介绍了TMVCP在电镜及单晶衍射技术下的三维结构;比较了国内已报道的CP的基因序列;综述了CP在基因工程领域的应用及其受药剂分子的干扰作用等方面的研究进展。以毒氟磷药剂为例,分析了其可能作用于TMVCP的分子机理,预测了毒氟磷小分子与TMVCP大分子可能的作用位点。有助于进一步研究和发现新型抗TMV药剂。

基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学在水产科学中的应用

基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学分别研究生物体的基因组成、基因差异表达、蛋白间相互作用和分子结构特征,在当代生命科学中发挥了重要的作用。近年来,这些新技术的引入为水产科学的发展提供了不可多得的机遇。论文阐述了基因组学、转录组学、蛋白质组学和结构生物学在水产科学中的最新进展,并为蛋白质组学和结构生物学的进一步应用提供了见解。

结构生物学研究的一些新进展

近年来，结构生物学的发展呈现出快速增长的新态势．精确测定的生物大分子结构以指数曲线增加，速率已达到５１个／ｄ．截止１９９８年４月的统计，已从ＰＤＢ库释放出来的生物大分子原子坐标套数已达７４５４．同时，以精确结构知识为基础揭示生命活动的规律已达到前所未有的深度和广度．在技术和方法方面，近年来第三代同步辐射的应用与一些新方法的结合，可用极小的晶体测定极大的结构，使某些膜蛋白及亚细胞器的精确结构测定成为可能．ＮＭＲ溶液结构测定的分子质量已突破３５０００，电子晶体学阐释结构的分辨率已接近０３ｎｍ，可探测的动态过程的时间尺度已达到１０－９ｓ．结构生物学与基因组学的结合正在产生一个新的科学领域：结构基因组学（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｇｅｎｏｍｉｃｓ），它在未来后基因组时代的生物学中占有重要地位．

冷冻电镜技术的突破导致结构生物学发生革命性变化

最近,冷冻电镜技术的突破引起结构生物学发生了革命。这一革命导致2017年诺贝尔化学奖授予对冷冻电镜技术发展做出开创性贡献的3位科学家Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson。本文将综述冷冻电镜的发展历程,导致结构生物学革命的冷冻电镜关键技术,包括电镜、图像记录装置和图像处理算法方面的突破,以及中国科学家应用冷冻电镜取得的重要科学成就,涵盖基因表达/调控、蛋白质合成/降解、膜蛋白、免疫、病毒等相关蛋白复合体。最后,对冷冻电镜的未来发展方向进行展望。

结构生物学的时代己经开始

结构生物学的时代己经开始ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＢｉｏｌｏｇｙ￥／／邹承鲁（生物大分子国家重点实验室，中国科学院院士北京１０００１０）过去一些年来，英国《自然》杂志每年１１月召开一次分子生物学国际学术会议，讨论生物学领域内这一最重要的学科一年来的最新动态...

G蛋白偶联受体结构生物学进展

G蛋白偶联受体(GPCR)是具有7次跨膜螺旋的细胞整合膜蛋白,它们广泛地参与感光、气味、神经传递以及细胞增殖、分化、迁移等各类生理活动的调控,是现代药物研发的重要靶点.然而,GPCR结构生物学研究却受到高质量蛋白制备、稳定性以及结晶方法等方面的限制.近年来,随着新型膜蛋白表达体系、新型去污剂、膜蛋白纯化及结晶技术的发展,使得G蛋白偶联受体结构解析工作取得了可喜的进展,也为进一步解析更多GPCR精细结构及相关药物研发奠定重要基础.

发展我国结构生物学的建议

提议“九五”期间在我国建立若干以x射线生物大分子晶体结构研究为主体的、多学科交叉、合作的结构生物学暨当代药物设计与发展中心(实验室)。

结构生物学时代已经到来

生物学的研究对象是具有广泛多样性和层次性的生物系统,因此,对生物系统的研究需在多个层次上进行。纵观生物学的发展史,可以看出,生物学研究已经从种群、个体、系统、器官、组织和细胞层次,逐步深入到分子层次,开辟了生物学研究的崭新领域——分子生物学,这既是生物学发展的必然趋势。

结构生物学与药物发现

人们很早就认识到蛋白质3D结构的知识可加速药物的发现过程,最近基因组测序、机器人技术和生物信息学的发展已经将这一认识转化为机遇。基因组分析已经发现了许多新的蛋白质靶标,并通过X晶体衍射分析和核磁共振波谱进行了研究。结构生物学已经在靶标的确定、先导化合物的发现和优化方面实现了仪器化,现在高通量的结构测定可以为先导化合物的筛选提供有效的方法。

拉曼光谱在结构生物学中的应用

本文综述拉曼光谱在结构生物学领域中的应用,涉及到拉曼光谱在生物大分子的结构与功能研 究、生物大分子与小分子相互作用以及酶催化作用等方面的应用,并对拉曼光谱在结构生物学领域中的发展 方向作了初步预测.