高压NMR在蛋白质结构和动力学研究中的应用

与温度一样,压力是基本的热力学变量.蛋白质在溶液中是多种构象的热力学平衡体.在不同的温度和压力等条件下,蛋白质包括折叠构象、变性构象以及各种中间体在内的不同构象的存在频率各不相同.当用压力作为扰动时,由于这些构象的偏摩尔体积不同,它们的存在频率便会因而发生变化,加压可将平衡向具有较小偏摩尔体积的方向移动.因此,利用高压核磁共振(NMR)技术,不仅可以研究高压对蛋白质结构和动力学的影响,还可以通过改变压力,在更为广泛的构象空间研究蛋白质结构和动力学.例如,利用平衡体系在加压时向体积小的构象方向移动这一特性,能够对在常压下因其存在频率低而难于检测、但在高压下因其体积小而存在频率增加了的构象进行深入研究,而这些构象往往与蛋白质的功能密切相关.该篇综述首先介绍了高压在蛋白质科学研究中的历史、有关概念和高压NMR技术;其次,结合实例,阐述高压NMR技术在蛋白质结构、折叠以及动力学研究中的应用;最后,对高压NMR技术在蛋白质研究中的应用前景进行展望.

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.

利用原子力显微镜峰值力定量测量模式分析人间充质干细胞早期分化的力学表型

目的建立通过力学表型来灵敏反映人间充质干细胞分化早期微小力学性质变化的技术。方法使用基于原子力显微镜峰值力定量纳米力学作图(peak force quantitative nanomechanical mapping,PF-QNM)技术,测量在不同浓度氯化锂诱导下人间充质干细胞的力学变化过程。结果 4mmol/L和30mmol/L氯化锂处理干细胞48h后其纳米力谱就有显著的差异;但要到72h之后,平均杨氏模量才能区分不同浓度氯化锂处理所导致的差别。结论纳米力谱比平均杨氏模量更能反映干细胞分化早期的力学性质变化。基于纳米力谱的力学表型可以作为物理生物学标记来鉴定干细胞的早期分化。

高效氯氟氰菊酯聚多巴胺微胶囊悬浮剂对中华绒螯蟹非特异性免疫相关基因表达及肠道菌群的影响

纳米科技近些年来发展迅速,利用纳米技术合成的纳米农药具有广泛的应用前景,然而纳米农药对水生生物影响的相关报道却很有限.本文以中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)为研究对象,探讨不同浓度(0,0.012,0.06,0.12,0.60 mg/L)高效氯氟氰菊酯聚多巴胺微胶囊悬浮剂(LC/PDA-MS)及空白PDA悬浮剂在暴露7 d、14 d、21 d后,对中华绒螯蟹肝胰腺与血细胞中免疫相关基因表达量的影响以及21 d实验处理后LC/PDA-MS对肠道微生物群落组成的影响.研究结果显示:实验组中肝胰腺和血细胞中前酚氧化酶原(Propo)、溶菌酶(LZM)、髓样分化因子(myD88)、酚氧化酶激活因子(PPAF)、含半胱氨酸的天冬氨酸水解酶(Caspase)、Crustin这几个蛋白对应基因的表达量随着时间的增加整体呈现下降的趋势;空白悬浮剂对免疫相关基因影响较小;肝胰腺中免疫基因的表达量较血细胞的表达量高.另外,在针对实验组中华绒螯蟹肠道菌群的分析中,拟杆菌门(Bacteroidetes)在0.60 mg/L和空白悬浮剂组中丰度高;基于属水平的分析,希瓦氏菌属(Shewanella)、气单孢菌属(Amromonas)的含量降低.以上结果表明:LC/PDA-MS可以改变肝胰腺和血细胞中免疫相关基因的表达量并对肠道菌群的平衡有一定的影响.

A型流感病毒基质蛋白M1的二聚化机制

流感病毒基质蛋白1(matrix protein 1,M1)位于病毒包膜之下,形成一层壳状结构(衣壳),可与病毒的血凝素、神经氨酸酶、包膜和病毒遗传物质发生相互作用,在病毒的组装与复制过程中起着关键作用.不过,除N端有晶体结构外,全长M1蛋白的结构尚未解析.因此,人们对全长M1蛋白如何二聚化、然后多聚化形成病毒衣壳的过程知之甚少.为了解M1蛋白的二聚化机制,首先从M1的N端片段晶体结构出发,用蛋白质结构预测方法获得M1的全长结构模型;其次,对可能的M1二聚体进行分子动力学模拟,分析其二聚化界面的氨基酸,由此发现了一种通过M1蛋白C端片段结合而形成的二聚体;最后,为验证模拟结果,用电镜三维重构方法分析了全长M1二聚体的构象,并提出了M1多聚化的机理模型.

电子断层成像技术及其在细胞生物学中的应用

电子断层成像技术（electrontomography）是近年来发展起来一项三维成像技术，可以在纳米分辨率（2-10nm）水平上获得生物大分子及其复合物或聚集体、细胞器、细胞以及组织的三维结构，而且可以用于研究生物大分子在细胞中的定位、排列、分布以及相互作用，已逐渐成为细胞生物学领域中的一项重要技术手段。该文针对这项技术及其在细胞生物学中的应用作一简要介绍。

“小离子的大功能”——钙离子调控T细胞抗原受体活化的机制研究

众所周知，脂质同蛋白质及核酸一样是生命体必需的组分之一，由其组成的细胞质膜不仅保证着细胞的完整性，同时也调控着许多生理过程。伴随着生命科学研究技术的发展，关于脂质调控蛋白质功能的工作越来越多地被报道出来。总体来说，脂质同蛋白质的相互作用可分成特异性及非特异性相互作用两种形式，二者分别对各类信号事件进行精细的调控。作为脂质一蛋白质非特异性相互作用的主要体现形式，二者的静电相互作用（富含碱性残基的蛋白质与酸性磷脂之间的静电相互作用）被发现广泛存在于膜蛋白受体、离子通道、