非变性质谱和紫外激光解离在蛋白质结构和相互作用分析中的应用

蛋白质结构及相互作用的动态变化与其生物学功能密切相关,对蛋白质结构及相互作用进行精准探测和分析面临着巨大挑战。非变性质谱(nMS)是一种能够在近生理条件下将蛋白质及其复合物通过电喷雾离子化引入气相离子并进行质谱分析的方法。通过直接测定溶液中蛋白质及其复合物的组成或整合多种质谱解离技术,nMS可获取蛋白质及其复合物的计量关系、组装形式、解离常数、构象变化、结合界面及作用位点等关键信息,以揭示蛋白质相互作用与生物学功能之间的关系。紫外激光解离(UVPD)技术,特别是采用了193 nm准分子激光的UVPD是近年来迅速发展起来的质谱解离技术,其可以高效解离非变性蛋白质骨架,并保留碎片离子中的氢键等非共价相互作用力,从而实现单氨基酸位点分辨的蛋白质动态结构和相互作用质谱解析。本综述主要介绍了nMS和UVPD技术在蛋白质动态结构和相互作用分析中的应用和最新进展,包括由位点突变及配体结合等引起的蛋白质动态结构和相互作用变化,最后对蛋白质nMS表征的未来发展方向做出了展望。

电喷雾多级质谱研究功能小分子与蛋白质的非共价相互作用——推荐一个化学生物学教学实验

肌红蛋白不仅便宜易得,而且自身就是一种由蛋白质和铁卟啉环辅基通过非共价相互作用构成的复合物。因此,以肌红蛋白为研究模型,带领学生实践基于电喷雾多级质谱技术的酶抑制剂直接筛选策略,重点考查不同有机溶剂比例及pH等样品制备条件对复合物测定结果的影响,以及如何利用二级质谱技术实现功能小分子配体的在线定性分析。该实验已在我校化学生物学专业本科生“化学生物学综合实验”教学工作中进行了多轮教学实践,通过实践不断优化实验设计,取得了良好的教学效果。

基于机器学习方法的非编码RNA-蛋白质相互作用的预测

目的非编码RNA-蛋白质的相互作用(noncoding RNA-protein interactions,ncRPI)具有重要的生物学意义,目前预测其相互作用已成为当下研究非编码RNA (noncoding RNA,ncRNA)和蛋白质功能的重要途径之一。方法本研究基于ncRNA和蛋白质的序列信息提取特征,运用卷积自编码器预处理原始数据,训练三个机器学习模型:LightGBM(LBM)、随机森林(random forest,RF)和极端梯度增强算法(extreme gradient boosting,XGB),预测ncRNA与蛋白质的相互作用。结果在RPI369和RPI488两个数据集做5倍交叉验证,LBM、RF与XGB三个模型在两个数据集均达到较高的预测准确率,在RPI369数据集三个模型的预测准确率分别为0.757(LBM)、0.791(RF)、0.791(XGB),在RPI488数据集三个模型的预测准确率分别为0.918(LBM)、0.908(RF)、0.918(XGB);三个模型在RPI1807、RPI2241、RPI13254大数据集也取得较高的AUC(area under curve)值,在RPI1807三个模型的AUC值均为0.99,在RPI2241三个模型最低AUC值为0.87,在RPI13254三个模型最低AUC值为0.81,都表现出较好的预测准确性。结论机器学习方法能够预测ncRNA与蛋白质是否存在相互作用。

基于异质网络的长非编码RNA和蛋白质相互作用的预测算法研究

长非编码RNA在生物过程中扮演着非常重要的角色,长非编码RNA可以与多种蛋白质结合发挥其生物功能,预测长非编码RNA和蛋白质的相互作用也成为了研究长非编码RNA功能的途径之一。由于长非编码RNA的低保守性,通过提取特征和用机器学习算法预测它和蛋白质之间的相互作用将会不太合适。LPHeteSim算法是一种基于对称路径随机游走的方法,它可以衡量异质长非编码RNA和蛋白质相互作用网络中两者的相关性。在导质网络中,LPHeteSim算法可以有效地预测两者的相互作用,实验结果验证了算法的有效性。

多酚的功能性质及与蛋白质、多糖相互作用研究进展

多酚是具有多种化学结构的多相分子群,具有很强的抗氧化性、抗菌性以及预防慢性疾病的能力,在食品和医疗领域具有广泛的应用价值。多酚由于含有多个酚羟基基团使其化学稳定性差,生物利用度低,在功能性食品中的应用受到了限制。蛋白质、多酚、多糖相互作用所形成的复合结构能够有效地提高食品的感官品质以及各生物大分子的功能特性。本文对多酚的结构与功能之间的关系,多酚与蛋白质、多糖三者相互作用的机理,多酚对二者功能性质及对改善乳化液性质的影响,进行了综述,以期为多酚在食品工业中的应用提供理论参考。

杂芳烃的非共价相互作用:噻唑-甲酸复合物的转动光谱

本文利用脉冲超声射流-傅立叶变换微波光谱结合量子化学理论计算探究了噻唑与甲酸之间的非共价成键特征.在超声射流条件下成功检测到噻唑-HCOOH和噻唑-HCOOD的转动光谱,并且分辨了^(14)N核四极耦合超精细光谱结构.观察到的构象具有Cs对称性,该结构中噻唑和甲酸之间形成了一个O-H…N氢键和一个C-HO氢键,采用Johnson非共价相互作用分析和对称匹配微扰理论分析,进一步阐明了复合物中分子间非共价相互作用的性质.

两种含1,3,4-噻二唑α-氨基膦酸酯与蛋白质弱相互作用的ESI-MS研究

用ESI-MS研究了两种含1,3,4-噻二唑α-氨基膦酸酯与蛋白质,包括溶菌酶、胰岛素和细胞色素c之间的非共价相互作用.结果表明,这两种含1,3,4-噻二唑α-氨基膦酸酯能与多种蛋白质形成非共价复合物,并且使溶液中蛋白质分子构象趋于收缩.对于同一种蛋白质,底物分子结构的细微差别会形成稳定性和计量比均有差别的复合物.对于同一种底物与不同蛋白质作用时,形成的复合物比例和稳定性有较大的差别.

MALDI方法研究蛋白质的非共价复合物

飞行时间质谱仪（ＴＯＦＭＳ）在理论上无质量范围的限制，可实现大分子蛋白质与核酸的非共价复合物的直接检测．特别是在近中性溶液条件下通过对芥子酸和６－氮杂－２－硫代胸腺嘧啶基质的使用及双层样品制备方法的改善，获得了稳定复合物的高灵敏度质谱检测．肌红蛋白－血红素复合物能够在芥子酸基质的不同ｐＨ条件下（ｐＨ２．０或ｐＨ５．０）同时观察到．而运用双层样品制备方法，获得了核糖核酸酶复合物（ＲＮａｓｅＳ）在第一次激光照射下的突出质谱峰。

基于深度学习的长链非编码RNA与蛋白质相互作用关系预测的研究进展

基因表现型受调控基因的表达来驱动,而基因的表达同时也受不同生物分子之间复杂的相互作用所影响。21世纪以来,蛋白质-DNA相互作用以及RNA-RNA相互作用都收获了很好的研究成果。相比起来,在受制于各种困难的情况下,长链非编码RNA-蛋白质相互作用(LPI)机制相对未知。然而LPI正在成为遗传机制中的关键相互作用,在人类发育过程中扮演着越来越重要的角色,因此人们对于长链非编码RNA与蛋白质相互作用关系研究的热情不断高涨。由于使用大规模实验方法来验证两者的相互作用需要耗费很多物质成本和时间成本,与此同时伴随着当代社会科学技术不断发展,计算机硬件持续迭代更新,研究人员开始将重心放在如何使用机器学习及深度学习方法来进行基础预测,可喜的是这些预测实验都取得了令人满意的结果。为了丰富该领域的科研论文资料,方便科研人员了解深度学习技术在长链非编码RNA与蛋白质相互作用关系预测的应用,在此我们回顾了长链非编码RNA与蛋白质相互作用预测的研究现状,调查了近期研究人员在实验中利用到的最新方法和数据库,并总结了相关数据,提出了一些可行性建议。

利用ForteBio OctetRed多通道生物分子相互作用系统非标记实时检测小分子和蛋白质结合的动力学常数

测定评价小分子和治疗靶点蛋白结合的亲和力在药物开发和先导化合物优化过程中很重要。我们使用一种新的无需标记的方法来检测碳酸酐酶和一些小分子抑制物（〈500Daltons）结合的动力学常数，包括速率常数和亲和常数。ForteBio的OctetRED系统检测生物分子相互作用时不需要标记，八通道同时检测，待检测的样品可以放在96孔板中。该系统检测时基于生物膜层反射光干涉技术（BioLayer Interferomelry），简单地说，光纤制成的生物传感器（Biosensor）底端覆盖了生物分子相容层，可以用来固定相互作用分子中的一个，形成生物膜层，当具有一定带宽的可见光入射生物膜层时，根据薄膜干涉的简化模型和光线反射折射定律，入射光线在生物膜层表面被分成两部分，形成第一部分反射光．进入生物层的透射部分在生物层的第二个界面产生反射，形成第二部分反射光。光束垂直入射时，两部分反射光形成干涉波，被光谱仪所检测。相互作用发生时，生物层厚度增加，反射光干涉光谱曲线整体向波长增加方向移动。分子结合或解离时，都会导致干涉曲线的漂移，这种变化可以被实时监测。

基于Taylor弥散理论的纳米粒子与蛋白质相互作用研究

在微流控芯片中将Taylor弥散分析(TDA)与激光诱导荧光检测(LIF)结合,测定了荧光素钠标记狗血清蛋白(FITC-DSA)的水合半径为(6.12±1.21)nm,扩散系数为(4.11±0.78)×10^(-11)m^2/s;然后,初步研究了FITC-DSA与不同粒径金纳米粒子(Au NPs)的相互作用。研究结果表明,不同粒径的Au NPs与蛋白质的作用不同;50 nm的Au NPs与FITC-DSA作用会导致其荧光信号增强。本研究为高通量测定纳米粒子与蛋白质相互作用提供了一种新方法。本方法具有简单快速、耗样量极少等优点,有助于深入了解纳米材料的毒性,推动安全纳米药物的发展。

基于非共价作用调控蛋白质结晶综合实验设计

该文设计了通过非共价作用调控蛋白质结晶的综合实验。实验以离子液体为添加剂,通过晶体形貌、结晶动力学等表征蛋白质的结晶过程,并在此基础上,通过Zeta电势等探究离子液体与蛋白质之间的非共价相互作用,揭示其调控结晶作用机制。该实验能够帮助学生更好地了解蛋白质的结晶过程,探究离子液体与蛋白质的作用过程,掌握非共价相互作用相关理论,在提高动手能力的同时,激发学习热情与创新思维。

小分子与生物大分子间非共价相互作用分析方法研究进展

对小分子与生物大分子间非共价相互作用分析方法的研究进展作了较详细的评述。重点介绍了光谱、电化学、核磁共振、质谱等方法在小分子与生物大分子间相互作用研究中的应用及进展,总结了这些分析方法的优缺点,引用文献56篇。

酵母和大肠杆菌基因表达谱与蛋白质相互作用的相关性分析

为了研究酵母和大肠杆菌基因表达谱与蛋白质相互作用的关系,构建了蛋白质相互作用正负样本集.结合基于Pearson相关系数的共表达基因,分析了在受到外界刺激后,生物体内有相互作用的蛋白对与非相互作用的蛋白对之间的关系.结果显示,大肠杆菌和酵母在应激反应之后至恢复稳态的时间内,有相互作用的蛋白对与非相互作用的蛋白对之间的变化存在显著差异,对比发现非相互作用的蛋白对的基因表达谱具有较高的变化幅度.进一步分析了两物种的基因共表达网络,并阐述了作用机理.

光谱法在分子间非共价相互作用中的应用及进展

对光谱法在分子间非共价相互作用中的应用作了较详细的评述。重点介绍了紫外、荧光、圆二色、红外、激光拉曼、共振散射等方法在分子间相互作用研究中的应用及进展,总结了这些方法的优缺点。紫外-可见吸收光谱简便、快速,荧光光谱法可获得分子间作用的结合常数、结合位点数及作用方式等信息,圆二色谱法是测定作用前后生物大分子构象变化的有效方法,红外光谱法可提供蛋白质二级结构及构象变化的谱学信息,拉曼光谱法是研究溶液中生物大分子构象变化的有效技术,表面等离子共振(SPR)技术能在保持生物分子天然活性的条件下实时检测分子间的相互作用。

多库酯钠与人血清蛋白的非共价相互作用

多库酯钠(docusate sodium,DSS)广泛应用于生化研究中,探究其与人血清蛋白(human serum albumin,HSA)之间的非共价相互作用对于阐明其在人体内的结合、转运以及代谢有着重要作用.运用质谱法和光谱法,详细阐释了DSS与HSA之间的相互作用机理.电喷雾电离质谱实验结果表明1个HSA分子可以结合3个DSS分子.荧光光谱结果显示DSS与HSA之间可以通过疏水作用和静电作用相互结合,并且两者之间具有很强的亲和力(结合常数K大于10^(5) L/mol).紫外-可见吸收光谱和圆二色谱结果进一步表明DSS与HSA之间形成了稳定的复合物,并且由于DSS的疏水链可以为HSA提供疏水性较强的环境,增强了两者之间的疏水作用,使HSA中α-螺旋含量从49.9%上升到55.5%.

电喷雾质谱在超分子体系中非共价相互作用研究中的应用

作为研究非共价复合物的有力工具 ,近年来电喷雾质谱被越来越多地应用于研究超分子体系中的非共价相互作用。本文较详细地综述了电喷雾质谱法在研究超分子体系中非共价相互作用方面的应用 ,内容涉及结合的选择性、结合常数的测定、结合位点的确定及手性识别等多方面。同时还讨论了相关实验中需注意的控制实验条件和采用离子标记等问题。

非共价相互作用对中心手性的影响及中心手性的定义

建立在van'tHoff碳正四面体构型学说基础上的中心手性的概念未涉及非共价相互作用对分子中心手性的影响.可以想像,当某原子连有两个相同的原子或基团(如氢原子)时,可因非共价相互作用(如分子内氢键)的存在(如只与其中的一个氢原子形成氢键)成为不等性原子或基团.考虑到非共价相互作用对分子中心手性可能产生的影响,中心手性的概念似应为:一个原子(如C,N)的四支键分别指向四面体的各顶点,并分别键连四个不等性原子或基团(包括孤电子对)时,则该原子是手性的.

不同pH值环境下β-乳球蛋白与咖啡中3种主要多酚之间的相互作用

利用多光谱学和分子对接技术,探究在不同pH值条件下,咖啡中的3种主要多酚(绿原酸、咖啡酸和阿魏酸)与牛乳中β-乳球蛋白间的非共价相互作用及对蛋白结构的影响。结果表明,在两种pH值环境下,3种咖啡多酚均通过静态猝灭有效地猝灭β-乳球蛋白的荧光,在pH 7.4、温度298 K时,绿原酸、咖啡酸和阿魏酸对β-乳球蛋白的猝灭常数(K_(sv))分别为6.53×10^(4)、3.16×10^(4)L/mol及3.09×10^(4)L/mol,结合位点数分别为1.20、1.02和1.14,能量转移效率分别为34.55%、24.56%和21.35%;pH 3.0、温度298 K时,K_(sv)分别为7.18×10^(4)、5.24×10^(4)L/mol及7.12×10^(4)L/mol,结合位点数为1.28、1.18和1.25,能量转移效率分别提高至34.70%、30.42%和29.65%。在pH 7.4时,β-乳球蛋白α-螺旋含量降低,β-折叠含量增加;pH 3.0时,β-折叠含量增加,无规卷曲含量降低。分子对接结果表明,3种多酚主要通过氢键和范德华力以及疏水相互作用结合在β-乳球蛋白的疏水口袋。本研究初步揭示不同pH值条件下咖啡乳饮料中β-乳球蛋白和绿原酸、咖啡酸及阿魏酸间的相互作用机制。