蛋白质-蛋白质分子对接中打分函数研究进展

分子对接是研究分子间相互作用与识别的有效方法.其中,用于近天然构象挑选的打分函数的合理设计对于对接中复合物结构的成功预测至关重要.本文回顾了蛋白质-蛋白质分子对接组合打分函数中一些主要打分项,包括几何互补项、界面接触面积、范德华相互作用能、静电相互作用能以及统计成对偏好势等打分项的计算方法.结合本研究小组的工作,介绍了目前普遍使用的打分方案以及利用与结合位点有关的信息进行结构筛选的几种策略,比较并总结了常用打分函数的特点.最后,分析并指出了当前蛋白质-蛋白质对接打分函数所存在的主要问题,并对未来的工作进行了展望.

蛋白质-蛋白质分子对接方法研究进展

蛋白质分子间相互作用与识别是21世纪生命科学研究的前沿和热点.分子对接方法是研究这一课题有效的计算机模拟手段.通常,蛋白质-蛋白质分子对接包括四个阶段:搜索受体与配体分子间的结合模式,过滤对接结构以排除不合理的结合模式,优化结构,用精细的打分函数评价、排序对接模式并挑选近天然构象.结合国内外研究蛋白质-蛋白质分子对接方法进展和本研究小组的工作,对以上四个环节做了详细的综述.另外,还分析了目前存在的主要问题,并提出对未来工作的展望.

基于泛基因组学和消减蛋白质组学技术筛选金黄色葡萄球菌新型抗菌靶点及其药物的分子对接分析

目的:应用泛基因组学和消减蛋白质组学技术从金黄色葡萄球菌基因组中筛选新抗菌靶点,为抗金黄色葡萄球菌药物的研发奠定基础。方法:在美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库中以金黄色葡萄球菌为关键词检索全基因组测序数据,收集50个测序级别为Complete的菌株基因组数据。采用BPGA工具对基因组数据进行泛基因组分析获得金黄色葡萄球菌核心基因,采用消减蛋白质组学技术从中筛选获得潜在抗菌靶点,以潜在抗菌靶点为受体,采用LibDock软件从美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物库中筛选潜在的抗金黄色葡萄球菌药物,并采用分子对接技术分析药物和靶点的结合能力。结果:50个金黄色葡萄球菌基因组中共有14379个基因家族,其中1620个为核心基因。消减蛋白质组学分析,酪氨酸自激酶1335为潜在的抗金黄色葡萄球菌靶点。采用LibDock软件筛选出巴龙霉素、替诺福韦二吡呋酯和阿德福韦等9个化合物可能针对该靶点蛋白发挥抗金黄色葡萄球菌作用,分子对接结果显示靶点与化合物结合力良好。结论:酪氨酸自激酶可能是一种抗金黄色葡萄球菌潜在的靶点。

蛋白质-蛋白质分子对接方法中分子柔性处理与近天然结构筛选的研究

蛋白质-蛋白质分子对接方法是研究蛋白质分子间相互作用与识别的重要理论方法。该方法主要涉及复合物结合模式的构象搜索和近天然结构的筛选两个问题。在构象搜索中,分子柔性的处理是重点也是难点,围绕这一问题,近年来提出了许多新的方法。针对近天然结构的筛选问题,目前主要采用三种解决策略:结合位点信息的利用、相似结构的聚类和打分函数对结构的评价。本文围绕以上问题,就国内外研究进展和本研究小组的工作作详细的综述,并对进一步的研究方向进行了展望。

理脾降浊方治疗2型糖尿病的网络药理学和蛋白质组学研究

目的:研究理脾降浊方(LPJZF)治疗2型糖尿病(T2DM)的潜在分子机制。方法:首先,基于网络药理学筛选出LPJZF中的活性成分和作用靶点,通过基因表达综合数据库筛选出与T2DM相关的差异表达基因,并运用蛋白质-蛋白质相互作用、基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析LPJZF在治疗T2DM中的作用靶点和通路。其次,用LPJZF对T2DM大鼠进行干预,采用蛋白质组学鉴定差异蛋白,然后用KEGG和GO分析探究LPJZF干预T2DM的潜在机制。最后,运用分子对接技术评估T2DM潜在靶点与LPJZF活性成分之间的结合亲和力。结果:网络药理学分析共筛选出LPJZF干预T2DM的63个有效成分和135个靶点;蛋白质组学共鉴定出LPJZF干预T2DM的964个差异表达蛋白,以及磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K-AKT)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、核因子κB和叉头框蛋白O(FoxO)等4条关键通路;分子对接结果显示,T2DM相关蛋白细胞周期蛋白依赖性激酶2(CDK2)、表皮生长因子受体(EGFR)、肿瘤蛋白P53(TP53)、热休克蛋白90 kDa αA类成员1(HSP90AA1)和小鼠双微体2(MDM2)与LPJZF中的黄芩素、芒柄花黄素、山柰酚、汉黄芩素、β-谷甾醇和豆甾醇具有良好的亲和力。结论:LPTZF能有效改善胰岛素抵抗,促进胰腺B细胞再生,是治疗T2DM的有效方剂。

蛋白质-香气化合物结合作用的研究方法及影响因素研究进展

食品中包含蛋白质在内的多种大分子及微量风味物质,香气化合物与蛋白基质之间的结合作用对食品整体风味的释放和感知具有重要影响。本文对蛋白质与香气化合物结合作用的机制、测定方法、理论模型和影响因素进行了系统阐述,概括了蛋白质与香气化合物之间的结合作用方式,包括非共价键合、共价键合和传质效应等;系统比较了荧光光谱、圆二色光谱和傅里叶变换红外光谱等多光谱技术在蛋白质-香气化合物结合作用中的应用;并介绍了蛋白质与香气化合物结合作用研究中常用的几种理论模型和新兴的分子对接和分子动力学模拟方法。此外,围绕蛋白质、香气化合物和食品中的配料成分3个方面对香气化合物在蛋白基质中释放与保留的影响因素进行论述,并归纳了当前研究中主要存在的问题,同时针对未来的研究方向提出了建议,以期为香气化合物在食品蛋白基质中的可控释放提供科学依据和参考。

蛋白质-配体分子对接中构象搜索方法

分子对接是研究蛋白质-配体分子间相互作用与识别的有效方法。分子间的相互作用过程中形成的近天然构象是结合自由能极低的构象,快速且准确搜索能量极低的构象对于蛋白质-配体分子对接至关重要。本文回顾了蛋白质-配体分子对接中主要的构象搜索算法,包括快速穷举搜索、启发式搜索和其他搜索方法,并列举了采用不同搜索算法的代表性分子对接软件。其次,介绍了蛋白质-配体分子对接的国际评估实验、常用的测试标准库和评价的重要指标。最后,分析并指出了当前蛋白质-配体对接构象搜索方法所存在的主要问题,并对未来的工作进行了展望。

一种考虑蛋白质柔性的分子对接方法

分子对接是计算机辅助药物分子优化设计中的一种重要方法,为此建立了基于诱导契合的分子对接优化模型.模型中引入残基基团的概念,将蛋白质划分成若干个残基基团,通过这些残基基团的运动近似表征整个蛋白质的运动情况,并将配体小分子的运动处理为平移、转动和柔性键旋转三部分分量.设计了一个将k-均值聚类和遗传算法相结合的快速迭代格式,并采用多种群遗传策略和信息熵控制的空间减缩搜索技术加速了分子对接设计中的遗传演化进程.在此基础上,开发了一种考虑蛋白质柔性的对接程序FlexGAsDock.数值试验表明,该程序较好地平衡了效率与精度之间的关系,取得了满意的对接结果.

蛋白质-RNA对接中打分函数设计及RNA结合位点识别研究进展

分子对接是目前研究蛋白质-RNA相互作用与识别的有效方法之一.其中,打分函数的合理设计与分子结合位点的准确识别对成功预测蛋白质-RNA复合物结构至关重要.结合小组的工作,对用分子对接方法预测蛋白质-RNA复合物结构中所涉及2个关键性问题(即分子对接打分函数的设计和RNA结合位点的预测)及研究进展进行了回顾,并对几种常用的方法进行了比较.最后分析了这两方面研究目前所存在的主要问题,并对未来的发展方向进行了展望.

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.

2-(4-磺基苯偶氮)-1,8-二羟基-3,6-萘二磺酸与蛋白质超分子显色反应的研究及应用

首次提出超分子显色反应的概念.乳化剂OP存在下,在pH=2.8～3.2的Clark-Lubs缓冲介质中,2-(4-磺基苯偶氮)-1,8-二羟基-3,6-萘二磺酸与血清蛋白质发生超分子显色反应形成红色超分子复合物,该起分子复合物的最大吸收波长为565 nm,而试剂本身最大吸收波长位于510nm,对比度为55 nm.详细研究了该超分子显色反应的条件,建立了测定多种蛋白质的分光光度新方法,不同蛋白质在10～130 mg/L至10～200mg/L质量浓度范围内服从比尔定律,其表观摩尔吸光系数在1.774×104～5.882×105L/(mol·cm).所拟方法简便、快速、准确、灵敏,选择性高,重现性好,用于实际人血清样品中总蛋白含量的测定,结果与考马斯亮蓝G-250法一致.

癸基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析非变性蛋白质分子量的适用性鉴定

目的:鉴定癸基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDecS-PAGE)是否适于分析非变性蛋白质的分子量。方法:以不同SDecS-PAGE凝胶、电泳缓冲液分析5种非变性标准分子量蛋白质,观察蛋白质亚基解离情况,测定分子量对数值(log Mr)与迁移率x之间的相关性。结果:5种标准分子量蛋白质的四级结构完整,log Mr与x线性相关性较低;但其中的α-牛乳白蛋白、鸡蛋清白蛋白、牛血清白蛋白的log Mr与x线性相关性较好,相关系数平方值(R2)>0.94。结论:SDecS-PAGE可用于测定有限种类的非变性蛋白质的分子量。

有机-无机杂化蛋白质分子印迹硅胶整体柱的制备及用于蛋白质的选择性识别

作为后基因组时代出现的新兴研究领域之一，蛋白质组学的研究备受关注。如何有效去除复杂生物体系中的高丰度蛋白或富集低丰度蛋白已成为当前蛋白质研究的一个瓶颈问题。分子印迹整体柱结合了分子印迹和整体柱制备技术，是一种对目标分子具有特异性识别的合成技术，

蛋白质-RNA序列结构界面偏好性及用于对接打分统计势的构建

本文对来自PDB (Protein Data Bank)数据库的蛋白质-RNA复合物结构构建了非冗余非核糖体数据库(694个结构),并对此数据库统计了蛋白质和RNA序列及二级结构的界面偏好性.结果发现,蛋白质β折叠、310-helix和RNA未配对核苷酸,尤其是未配对中空间排列不规整的核苷酸,具有显著的界面偏好性.据此,对二级结构进行归类,建立了考虑序列和二级结构信息的60×12氨基酸-核苷酸成对偏好势,并将其作为打分函数用于蛋白质-RNA对接中近天然结构的筛选.结果表明,该60×12统计势的打分成功率为65.77%,优于考虑蛋白质或RNA二级结构信息的统计势,及我们小组之前在251个结构上构建的60×8*统计势.该工作有助于加深对蛋白质-RNA特异性识别的理解,可推动复合物结构预测的进展.

蛋白质复合物结构预测:方法与进展

蛋白质复合物是不同蛋白质链通过相互作用形成的,自然界中很多蛋白质通过形成复合物而执行功能,因此准确地预测复合物的结构对于理解和掌握功能至关重要。近两年来,单条蛋白质链的结构预测有了突破性的进展,从氨基酸序列出发预测蛋白质结构的水平大幅提高。但相较于单体蛋白质,蛋白质复合物结构预测的准确性仍然较低。本文旨在总结蛋白质复合物结构预测的相关算法以及介绍最新进展。首先简要介绍蛋白质结构预测领域的相关人工智能算法,主要包括共进化分析与蛋白质接触预测、深度学习方法与蛋白质结构预测、预训练模型与蛋白质表征学习几个方面;其次系统总结了蛋白质复合物链间相互作用预测的基本方法,从复合物的多重序列比对构建到对于同源或异源复合物的链间残基接触预测;最后从相互作用位点指导复合物结构预测、蛋白质分子对接算法、端到端的复合物结构预测方法等方面阐述了蛋白质复合物结构预测的基本方法和思路。总体来说,目前蛋白质复合物结构预测精度不够高,有效地解决多重序列比对的配对和多聚体复合物模板搜索等问题,或者在大量的序列或结构数据上结合预训练模型的新范式,是一个合理而有效的方案。提升蛋白质复合物结构预测水平在合成生物学领域如抗体设计、药物发现等方面有很好的应用前景。

蛋白质分子量测试方法概述

分子量是蛋白质主要的特征参数之一,近年来其测试方法发展十分迅速。该文概述了目前蛋白质分子量测试中应用最广泛的凝胶电泳法、高效凝胶过滤色谱-激光光散射法以及生物质谱技术的原理和应用发展现状等。

分子对接预测手性化合物在蛋白质固定相色谱柱上的保留行为

利用分子对接技术预测了2种蛋白质固定相分别与4对手性化合物的相互作用情况。结果表明,预测结合自由能(ΔG)的大小与对映体(R-(+)型和S-(-)型)的出峰顺序一致;结合自由能差值的绝对值(Δ(ΔG))与实验分离因子(α)大小顺序一致。说明分子对接可以反映蛋白质对不同的手性化合物的识别能力和化合物R-(+)型和S-(-)型的出峰顺序。

确定蛋白质-短肽复合物结构的新方法

A novel docking algorithm based on the geometric match is proposed for protein phage peptide complexes. The radii of gyration of protein phage peptide complexes are used as the criterion of geometric match on the interface, which can be used to screen out the ligand structures with a good geometry fit without any prior description for the contact surface. The energy is evaluated for the structures with a good geometry fit. The algorithm is used to calculate the rigid and flexible docking of four protein phage peptide complexes and predict successfully the native like structures of phage peptides.

XeCl准分子紫外激光辐照生物大分子BSA(V)对其蛋白质结构的影响

XeCl(308 nm)准分子紫外激光(单脉冲输出能量25 mJ,33.3 mJ^34.4 mJ,脉冲频率每秒两次,光斑15 mm×7 mm或4.5 mm×0.5 mm,透镜焦距300 mm),辐照小牛血清白蛋白[bovine serum albumin fraction V,BSA(V)]固体或溶液样品的时间分别为15 s、30 s、45 s或60 s;样品距激光光源的距离分别为:150 mm、250mm、290 mm、340 mm。改变激光参量辐照BSA(V)样品和其对照,用光谱法测试其FT-IR(IR)、Vis-UV(UV)、FR光谱,并比较分析。受辐照后的BSA(V)与主链构象相关的酰胺平面的特征FT-IR谱线,特别是与蛋白质二级结构敏感的酰胺面Ⅰ,1 652 cm-1;与α-螺旋结构相关的FT-IR 1 140 cm-1~500 cm-1;及与蛋白质侧链氨基酸残基Tyr、Phe、Trp相关的特征峰UV277.6 nm、UV216 nm和FR 340 nm、FR 680 nm的峰强度(T%或OD%或Q%)和它们的峰位(cm-1或nm)均受激光辐照的影响,其影响程度与使用的XeCl激光参量的改变有一定的敏感性和相关性。实验结果与讨论对认识激光生物学效应的分子机理、探索建立激光-生物学效应的关系参数,以便进一步发现新的有效的激光生物学效应,发现和认识潜在(后继)的正、负面的激光生物学效应,进而加以调控有一定的理论与实用参考价值。

猪乳中一组高分子量蛋白质的表达量与母猪泌乳性能关系的研究

通过设计的数学模型,分析了162头二花脸母猪和50头大约克母猪乳中一组高分子量蛋白质(HMWP)的基因表达量(HMWP浓度)与母猪泌乳性能的关系。结果表明,初乳和常乳中HMWP的基因表达量与乳中蛋白质和表皮生长因子(EGF)含量存在显著相关(P<0.05或P<0.01),其中常乳中HMWP的基因表达量与乳蛋白存在极显著正向线性相关(P<0.01)。常乳中HMWP基因表达量与乳糖含量也有正向线性相关的趋势(P<0.1),但与类胰岛素样生长因子-1(IGF-I)和胰岛素含量无显著相关性(P>0.1)。