氨基酸嗜盐不对称指数与其理化性质的相关性

了解嗜盐蛋白氨基酸使用的偏好及该偏好与其理化性质之间的联系对探索嗜盐蛋白构效关系具有重要意义。本文选取极端嗜盐细菌Salinibacter ruber和非嗜盐菌Pelodictyon luteolum中362对同源蛋白,统计了52102个氨基酸突变位点,以此计算氨基酸的嗜盐不对称指数(HAI),并与243个理化性质进行相关性分析。结果表明:天冬氨酸的嗜盐性能最强,而异亮氨酸和赖氨酸最弱;243个理化性质中有16个同HAI存在显著相关性,其中5个呈正相关;氨基酸的亲疏水性及β折叠的倾向性是影响HAI值的两种最重要的理化性质。本文提出的氨基酸嗜盐不对称指数为了解嗜盐蛋白稳定性机制提供了新视角。     

以分子动力学模拟探究苹果酸脱氢酶的嗜极机制

为了研究嗜热酶、嗜冷酶在极端温度下维持稳定性和活性的机制,本文通过分子动力学模拟的方法,从原子尺度上分析了嗜热苹果酸脱氢酶及其同源嗜冷酶的分子动力学特性。数据显示嗜热酶所形成的盐桥和氢键明显多于嗜冷酶。通过比较均方根偏差、回旋半径、氨基酸残基的柔性等值,发现嗜热酶的结构较非嗜热酶更具刚性。盐桥、氢键数目的不同和整体结构的刚柔性,很可能会是嗜热、嗜冷酶在极端温度下能维持结构稳定的主要原因。     

海洋微生物宏基因组暗物质性质分析

宏基因组存在大量基因无法注释,被称为"暗物质"。对暗物质所编码的蛋白结构和功能的认知,不但有助于对其功能的注释,也有助于这些资源更好地开发利用。本文通过将两个取自热液口附近的海洋微生物宏基因组未注释的蛋白与数据库已注释蛋白进行差异比较,并对其性状进行相关分析,结果发现两样本与常温嗜压菌蛋白质组性状类似,而与嗜热嗜压菌差异显著:谷氦酸、赖氦酸、酪氦酸含量较低,天冬酰胺、谷氦酰胺、苏氦酸、丝氦酸含量较高;另外Cvp-bias、ERK两参数同样存在明显差异。主成分分析结果表明,谷氦酸因子系数为-0.3,与PC1成负相关,相关系数0.908;谷氦酰胺、丝氦酸均为0.3,与PC1成正相关,相关系数分别为0.914、0.955,说明PC1主要体现的是温度特征,PC2则存在复合因素的影响,在温度相当的情况下能反映压力的差异。据此可推测两个样品中已经注释的蛋白质与常温嗜压蛋白性状更接近,而未注释的蛋白则与之存在差异,暗示其可能存在一些新的嗜极机制。     

Thermotoga martima嗜热木聚糖酶化学修饰结果与其结构特性关系研究

应用化学修饰的实验方法,结合蛋白质结构信息的计算来研究酶蛋白中氨基酸残基化学修饰与结构信息之间的关系。以Thermotoga maritima嗜热木聚糖酶为对象,采用PDB数据库中的1VBR为模板计算其序列中色氨酸、谷氨酸、天冬氨酸的溶剂可及性、氢键、盐桥数等结构特性,并与该酶化学修饰的实验结果相对比。结果表明酶活性中心3个色氨酸中,可及性大的Trp802与Trp602两个残基对酶的活性影响较大;序列中谷氨酸与天冬氨酸的氢键、盐桥数较多,修饰其对酶的热稳定性有很大影响。此结果有助于深入了解蛋白质中与化学修饰有关的结构特性,并为基于蛋白质结构的酶蛋白改性奠定了基础。     

江河源区高寒嵩草草甸土壤氨基酸成分和含量特征分析

通过高效液相色谱技术分析了青海省果洛州达日县窝赛乡原生嵩草草甸、严重退化草地及人工草地三类植被土壤中各种氨基酸成分及含量。结果表明:(1)三种类型土壤中都检测出19种常见氨基酸:精氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、苏氨酸、丙氨酸、甘氨酸、氨基丁酸、脯氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、胱氨酸、组氨酸、鸟氨酸、赖氨酸、酪氨酸;(2)测定结果表明原生嵩草草甸土壤的氨基酸总量显著高于人工恢复重建草地和严重退化土壤氨基酸,而后两者之间差异不显著。原生高寒草地的土壤(6316.28μgg-1)严重退化草地土壤(2977.10μgg-1)人工恢复重建草地土壤(2975.90μgg-1)。(3)原生高寒草地土壤氨基酸总体呈现下降趋势:5月氨基酸含量最高,随后6月7月的显著下降,8月稍微有所回升,9月氨基酸含量到达最低;严重退化草地土壤与人工恢复重建草地土壤氨基酸含量季节变化相似,氨基酸总量在6月份到达最高点,随后7月8月显著下降,9月份稍微有所回升。     

极端嗜盐古菌代谢网络研究

极端嗜盐古菌(extreInely thermophilic archaea)属于广域古菌界盐杆菌科,是古菌域中的典型生理类群,也是重要的极端微生物资源。文章主要对一种极端嗜盐古菌——盐沼盐杆菌(Halobacterium salinarum R1)——代谢网络的结构与功能进行了分析。对高质量盐沼盐杆菌代谢网络数据进行整理,构建了其中所有的代谢反应列表,并用代谢物图来表示。分析了该网络的功能模块和关键节点,并讨论了它们的生物学功能意义。     

基于嗜盐菌合成生物学的下一代工业生物技术

嗜盐微生物是在高盐、高pH环境中具备正常生长能力的极端微生物,是珍贵的科研素材和生产资源.相关研究通过对嗜盐菌合成生物学的改造和"下一代工业生物技术"的探索,实现了嗜盐工程菌在生物反应器中利用海水进行不灭菌连续发酵并产生类型多样、性能各异的聚羟基脂肪酸酯,且与其他高附加值化学品实现了联产.基于嗜盐菌的下一代工业生物技术...     

二氢叶酸还原酶在盐溶液中的分子动力学模拟

为了研究嗜盐酶如何在高盐环境下维持稳定性与活性,本文以沃尔卡尼极嗜盐菌及大肠杆菌的二氢叶酸还原酶(DHFR)为模型,将二者分别置于5种不同盐浓度的水溶液中进行分子动力学模拟。经9ns动力学模拟,得到了二者在不同浓度盐溶液中的运动轨迹,通过对运动轨迹的分析,获取了二者在不同盐浓度下的动力学特性。结果发现嗜盐古生菌的二氢叶酸还原酶自身所形成盐桥及与溶剂所形成的氢键均比大肠杆菌的二氢叶酸还原酶多,而溶剂可及性表面则要小,二者差异均达极显著水平。同时还分析了这两种分子及其氨基酸残基的柔性等。     

三元分子体系氨基酸+蛋白质变性剂+水的密度预测

以298．15K时α-氨基酸 水和蛋白质变性剂 水二元实验数据为基础,利用改进的逆传播算法训练神经网络,构造混合物组成与密度关系的模型,用于对α-氨基酸(甘氨酸、DL—α-丙氨酸、DL—α-氨基正丁酸、DL-α-缬氨酸和DL-α-亮氨酸)-蛋白质变性剂(乙酸钠,丁酸钠,己酸钠和辛酸钠)-水三元混合物体系的密度进行预测,所得预测结果与实验值进行了对比。结果表明,神经网络作为三元混合物体系密度的预测是令人满意的。     

小分子配体模仿结合位点水分子: 相同配体与不同蛋白靶点之间作用模式的计算研究

在计算化学和药物设计领域中,精确预测小分子配体的蛋白质靶标是一件极具挑战性工作,特别是那些与相同小分子配体相互作用,但蛋白间并不具有显著序列或结构相似性的靶标蛋白。为了研究相同小分子配体与不相关的蛋白质靶标之间的结合特性,我们使用蛋白水合效应分析 (SPA) 程序研究了 33 对药物靶蛋白结合位点水分子的结构特性。每个蛋白对中的两个蛋白质,均由可与相同配体小分子相结合的两个不相关的蛋白质组成。通过计算两蛋白质间的水化位点替代重叠率,我们发现共有高达 73% 的蛋白对中有着显著的水分子替代重叠率值。特别是我们发现相同小分子与不同蛋白相互作用时,或许存在一种特别的“识别代码”,即小分子配体的功能基团与结合位点的水分子之间存在着较好的几何构型相似性。在无法确定小分子与蛋白相互作用模式时,可以依靠活性结合腔穴中水分子的结合构型特征,进行粗略估算与预测,对蛋白-配体相互作用模式研究有重要的实用价值。     

猪的遗传缺陷与异常

研究了耐盐与不耐盐番茄自交系在盐胁迫与正常栽培条件下根中蛋白质表达上的差异。耐盐番茄根系中蛋白质含量高于不耐盐番茄，正常栽培条件下番茄根系蛋白质含量高于盐处理番茄。蛋白质提取液不但在总蛋白质数量上有所不同，而且在蛋白质种类上亦有所差异。经过不同的双向凝胶电泳分离后，经过PD Quest软件和Q—TOF质谱分析结果为，在盐胁迫条件下共有8种蛋白质在表达上差异显著。磷酸葡萄糖脱氢酶、乙醇脱氢酶催化和3-异戊基苹果酸脱氢酶在盐处理的耐盐番茄根系中显著增加，异戊烯二磷酸(IDP)异构酶显著减少。     

饲粮类型和蛋白质水平对早期断奶仔猪结肠结构和功能、结肠内蛋白质代谢的影响

选用 2 6日龄断奶的长白×荣昌杂交仔猪 (平均体重 4 .8kg) ,研究饲粮类型和蛋白质水平对早期断奶仔猪结肠结构和功能、结肠内蛋白质代谢的影响。结果显示 :( 1 )与采食复合蛋白型饲粮的仔猪比较 ,采食全植物蛋白型饲粮的仔猪 ,其结肠组织病变指数较高 (P <0 .0 5) ,结肠吸水率较低 (P <0 .0 5) ,腹泻程度较重。 ( 2 )与采食常规粗蛋白质 (CP)水平 ( 2 1 .8%)饲粮的仔猪比较 ,低蛋白质 (CP1 7.8%)氨基酸平衡饲粮使仔猪结肠组织病变指数降低 (P <0 .0 5) ,结肠吸水率增高 (P <0 .0 5) ,腹泻程度减轻一半。 ( 3 )与全植物蛋白型饲粮比较 ,复合蛋白型饲粮有利于降低 (P <0 .1 0 )结肠内容物中含氮腐败产物含量。 ( 4)与常规CP水平 ( 2 1 .8%)饲粮比较 ,低蛋白质 (CP1 7.8%)氨基酸平衡饲粮显著 (P <0 .0 5) ,使结肠内容物中含氮腐败产物含量降低。结果表明 ,复合蛋白型饲粮和低蛋白质氨基酸平衡饲粮有利于降低结肠内蛋白质腐败产物产量 ,从而减少结肠组织结构的变化 ,增强结肠的吸水力 ,降低仔猪腹泻程度 ;结肠内蛋白质腐败产物增多 ,进而引起结肠组织结构改变和结肠吸水功能降低 ,可能是大肠蛋白质腐败性腹泻的重要发生机制     

环糊精葡葡萄糖基转移酶热稳定性的研究

环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase;EC 2.4.1.19)是一种重要的环糊精生产工业用酶,该转移酶能进行环化、偶合、歧化、水解4种反应.环糊精广泛的用于食品、医药、化妆品、农业和化学工业等生产领域,为了提高环糊精的产量,需要CGTase具有更高的热稳定性.合理的设计耐热蛋白已经成为研究热点.在本文中,首次使用分子动力学模拟研究CGTase热稳定性,以补充实验上不易获得的原子能级和时间相关的信息.使用同源建模方法构建环糊精葡糖基转移酶及其突变体的三维结构,研究氨基酸的突变对CGTase酶耐热性的影响,用CHARMM能量计算CGTase及其突变体的能量与酶蛋白热稳定性之间的关系.证明:氨基酸残基经过突变,突变型比野生型含带电残基更多.相应的,在蛋白天然结构中突变型CGTase中,盐桥数量增加了10%.这些电荷之间、非极性残基之间的非共价键作用力的增强,提高了突变体的刚性,降低了突变体蛋白质分子的总能量,最后增加突变体蛋白质的耐热性.     

紫色土增施单质硫对大蒜生长发育和硫素营养的影响

对紫色土施用单质硫条件下大蒜生长发育及硫素营养吸收和代谢进行了研究。结果表明,大蒜株高、叶面积、经济产量(蒜头)和经济系数以中等供硫水平最高,而茎粗和生物产量则以高硫水平最大。大蒜能耐高浓度的硫素供应,在0～120kghm-2供硫情况下,其全硫(TS)、水溶性硫(SS)和无机硫(Io-S)含量均随供硫量的增加而上升,小分子水溶性含硫氨基酸含量(Ws-S)以低硫水平最高,而大分子蛋白质硫含量(Wis-S)以中等供硫水平时最高,与大蒜素含量的变化一致。大蒜素含量与不同硫组分比率的关系分析发现,大蒜素含量与Ws-S/TS呈极显著的正相关(r=0.752 ),与Io-S/SS呈显著的正相关(r=0.702 )。全氮含量与全硫含量变化趋势一致,全磷含量以低硫水平时最高,全钾含量以中等供硫水平时最高。     

超氧化物歧化酶氨基酸网络的鲁棒性研究

蛋白质结构的鲁棒性能够提高蛋白质在不稳定环境中保持生物功能的能力。用氨基酸网络表示超氧化物歧化酶(Fe-SOD)的结构,从研究氨基酸网络鲁棒性的角度研究Fe-SOD结构的鲁棒性。实验结果显示,氨基酸网络的鲁棒性比同等规模大小的随机网络的鲁棒性差。尤其以介数方式攻击,Fe-SOD氨基酸网络表现出明显的脆弱性。嗜热的Fe-SOD氨基酸网络的鲁棒性比常温的氨基酸网络的鲁棒性高。通过鲁棒性分析,识别氨基酸网络中关键残基,发现关键残基主要包括进化保守残基、疏水性残基、规则二级结构内部的残基以及Fe-SOD活性位点残基。与热稳定性低的Fe-SOD氨基酸网络相比,热稳定性高的Fe-SOD氨基酸网络中的关键残基较均匀地分布在Fe-SOD内部。关键残基在Fe-SOD结构中均匀分布,有利于提高嗜热Fe-SOD整体的稳定性。     

氢键与蛋白质耐热性关系的研究

挑选了NCBI COG数据库中具有全基因组的单细胞微生物,选择其中已知三维结构的蛋白质作为研究对象,通过HB- Plus3．0计算出氢键数目并用Perl编程将氢键分类,研究了不同类型的氢键对蛋白质耐热性的影响。结果表明:随着耐热性增高,古细菌类蛋白质中氢键总含量、主链-主链氢键含量,以及非电荷-非电荷氢键含量有显著降低;细菌类蛋白质带电荷-带电荷氢键含量显著增加,而非电荷-非电荷氢键含量显著降低。它们唯一的共同点都是避免在耐热蛋白质中形成非电荷-非电荷氢键。     

不同钾肥对烤烟叶片钾和中性香气成分及非挥发性有机酸含量的影响研究

采用盆栽试验研究了不同种类钾肥对烤后烟叶的钾和中性香气成分及非挥发性有机酸含量的影响,以及钾含量与中性香气成分及非挥发性有机酸含量的关系.结果表明,施用钾肥提高了烤后烟叶的钾含量和中性香气成分及非挥发性有机酸总量,降低了亚麻酸、亚油酸和柠檬酸的含量.钾含量和中性致香物质总量以K2SO4增施生物钾肥处理最高,非挥发性有机酸总量以单施KNO3处理最高,钾含量和中性香气成分及非挥发性有机酸含量均以单施生物钾肥处理最低.烤后烟叶钾含量与中性香气成分含量呈显著正相关,与非挥发性有机酸含量呈极显著正相关,说明提高烤后烟叶钾含量能够提高烟叶的中性香气成分及非挥发性有机酸含量.     

红曲黄色素降低胆固醇能力的DFT研究

假设与他汀类的功能机理一样,红曲黄色素monascin和ankaflavin的羟基酸式结构是通过γ-内酯环催化水解获得的,那么内酯环水解的活化能高低直接影响其降低胆固醇的能力大小。水解模型采取了包含6个水分子的连续分子簇模型,采用密度泛函理论方法,在B3LYP-D3(BJ)/6-311+G(d,p)水平计算了monascin,ankaflavin,rubropunctamine,rubropunctatin以及rubropunctatin的三个氨基酸(苏氨酸,亮氨酸和甘氨酸)衍生物的水解活化自由能(ΔG)。这些分子的水解ΔG数据顺序与它们的降低胆固醇的能力一致,ΔG数据表明两个红曲黄色素monascin和ankaflavin有更好的降低胆固醇的能力,氨基酸衍生物降低了红曲色素的降脂能力,该研究结果表明可以使用红曲黄色素monascin和ankaflavin来降低人体胆固醇的水平,还建议合成新的它们的类似物用于治疗高胆固醇症。     

环糊精葡萄糖基转移酶N-端热稳定性研究

环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase;EC2.4.1.19)是生产环糊精的重要工业用酶,由于工业生产条件的高温加热,使得CGTase的使用受到很大限制。除了筛选合适菌种外,人们更希望利用蛋白质工程手段改造CGTase的热稳定性。文中采用分子动力学模拟取样研究了CGTase的N-端环状区域中氢键与盐桥对其耐热性的影响作用。结果表明:随着模拟温度的升高,非电荷-非电荷氢键占有率显著降低,带电荷-带电荷氢键占有率并没有太大变化,高温下能够保持稳定的氢键几乎都是和带电氨基酸有关;由盐桥的断裂次序的分析,发现在高温下多数盐桥的占有率并没有显著降低,即盐桥的稳定存在对于抵抗高温是有效的。无论是氢键还是盐桥,它们的相同点都是带电荷-带电荷之间的反应受温度影响不大。这一结果说明在蛋白质CGTase中合适的位置增加带电氨基酸数量,增强电荷间静电相互作用,对于提高CGTase的热稳定性是有效的。     

用同源建模法探索提高脂肪酶的耐热性

分析常温脂肪酶和耐热蛋白质结构的差异,确定影响脂肪酶耐热性的关键氨基酸为Glu,Lys,Ala,Asp,Thr和Gln;继而重构常温脂肪酶的分子,并利用支持向量机分类器预测其耐热性;再用同源建模法模型化。比较重构前后的分子发现:它们的二级结构和三维结构十分相似,但重构后分子中的盐桥和盐桥网络数却明显增加。