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。     

PTP1B中Arg221各种突变下底物与催化结构域相互作用变化的理论研究(英文)

蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B(PTP1B)在胰岛素受体去磷酸化过程中发挥重要作用.本研究目的在于阐述PTP1B催化位点中Arg 221的作用.各种Arg 221的突变体通过HyperChem Release 7.0软件生成.结果表明Arg 221的突变会对底物与蛋白相互作用产生显著影响.当Arg 221突变为碱性残基时,底物与蛋白之间总静电相互作用能增加,但与催化相关残基的静电相互作用能降低,其余的突变则导致底物与蛋白之间总静电相互作用能降低.这一结果表明,Arg 221突变为碱性残基町减弱PTP1B的催化活性,但使底物与蛋白的结合能力增强,其余的突变则会同时减弱酶的催化活性及底物与蛋白的结合能力.     

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。     

Bacillus fordii MH602海因酶序列及同源建模分析

海因酶是5-取代海因生物转化制备手性氨基酸的关键酶.通过同源建模法建立MH602海因酶的三维结构,经分析,91.3%的氨基酸残基在可信区间,无氨基酸残基在不可信区间,而且能量处于较低水平,此模型可进一步研究.将MH602海因酶序列和PDB数据库中现有的6个海因酶序列比较(PDB编号为:1KID,1YNY,1NFG,1GKP,1GKQ,1GKR),结果显示了保守的活性位点残基(4个HIS,1个ASP),3个立体化学环(SGLs)和底物环外侧链结合的残基(MET63,PHE65,LEU94,PHE152,TYR155,VAL158,LEU159).通过比较发现MH602海因酶在159位是LEU,比其他海因酶的PHE159提供更大的底物结合空间,可能降低了对映体选择性但增加了对羟基苯海因的活力.为利用定点突变改造酶分子,提高MH602菌株生产L氨基酸的能力提供理论指导.     

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。     

禁忌搜索算法在蛋白质结构预测中应用

一种氨基酸序列只可能有一种蛋白质结构,所以在蛋白质理论预测中,正确定义能量函数、精确选用的计算机搜寻算法来寻找能量最低值,是蛋白质结构预测的关键。基于此,本文以两两残基之间距离分布和二面角分布符合玻尔兹曼定理,提出了一种抽象的蛋白质三维结构连续物理数学模型。然后应用了禁忌搜索算法很好的计算了牛胰岛素B(D)主链走向;比较计算了氨基酸序列最低能量的全局最优点。     

基于贝叶斯方法的蛋白质界面残基预测

蛋白质界面残基预测是蛋白质相互作用研究中的一项基本工作,在生物制药及蛋白质功能研究方面有着重要的应用.以蛋白质中的氨基酸残基为研究对象,使用残基的溶剂可及表面积及残基的序列谱为特征集,构建了基于贝叶斯方法的蛋白质界面残基预测器.方法有效地结合了蛋白质残基特征集的条件独立性假设及贝叶斯方法在处理不确定性数据方面的优点,通过对含77个蛋白质的数据集进行实验,结果比其它方法获得了6%的准确率的提高,三维可视化的结果也表明分类器预测的有效性.     

基于多重进化矩阵的蛋白质特征向量构造方法

特征向量的构造是蛋白质二级结构预测的一个关键问题. 现有的研究方法,通常只使用BLOSUM62进化矩阵生成PSSM矩阵,对蛋白质进化过程中存在的氨基酸残基突变现象缺乏考虑. 本文提出利用多重进化矩阵构造蛋白质特征向量,其融合了不同进化时间的PSSM矩阵,不仅能够很好地反映序列中氨基酸的位置信息,而且能够反映序列进化过程中氨基酸位点发生突变产生的影响. 本文通过组合不同进化程度的矩阵来构造特征向量,选用逻辑回归、随机森林和多分类支持向量机三种分类算法作为预测工具,利用网格搜索法和交叉实验法优化参数,在RS126、CB513和25PDB公用数据集上进行了若干组实验. 对比实验结果表明,本文所提出基于多重进化矩阵的蛋白质特征向量构造方法能够有效提高蛋白质二级结构的预测精度.     

环糊精与咖啡豆α-半乳糖苷酶的分子对接研究

通过分子对接方法研究3种主要的环糊精(α-环糊精、β-环糊精及γ-环糊精)与咖啡豆α-半乳糖苷酶的相互作用模型与分子机理。结果表明,咖啡豆α-半乳糖苷酶活性口袋中的关键氨基酸残基为:Trp31、Trp179、Asp200,环糊精中的关键基团为:次甲基上的羟基、亚甲基上的羟基。环糊精覆盖在咖啡豆α-半乳糖苷酶亲水活性空腔的表面,从而抑制其活性,β-环糊精的抑制作用较为明显。分子对接结果为酶法合成α-半乳糖基-环糊精的相互作用研究提供了理论依据。     

蛋白质虚拟定点突变和饱和突变软件的开发

定点突变和饱和突变是研究蛋白质结构与功能关系、获取新酶的重要手段.如何在计算机上快速、准确地获取突变序列是实施高通量虚拟筛选的首要问题.本文提出一种可满足虚拟突变需求的软件架构,开发出一个蛋白质虚拟突变软件"PMu",拥有序列检查、定点突变和饱和突变3个模块.序列检查模块可代替人工校对,剔除输入序列中潜在的非法字符,为后续分析提供正确的、符合规范的数据.定点突变模块根据用户指定的位点和目标残基,启动对输入序列的自动突变功能,此突变包括替换、删除、插入3种形式.饱和突变模块通过分化参数设置,灵活实现标准饱和突变、自定义饱和突变和亚饱和突变等处理.该软件为相关研究快捷地提供准确的突变序列,可进一步用于同源建模、能量分析、分子动力学模拟以及实际的突变实验等.本文还探讨突变处理中计算机的运算特性,并指出该类型软件今后的2个发展方向.