《青岛能源所在蛋白质五级相互作用研究取得重要进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2017-03-14
  • 蛋白质的结构层次通常被分为一到四级。但是在细胞拥挤环境下,胞内其它大分子和目标蛋白质形成瞬态复合物,也被称为蛋白质“五级结构”,而导致五级结构形成的作用力被称为五级作用力( quinary interaction )。但是关于该作用力的研究难度大,相关报道很少。青岛能源所仿真模拟团队利用该团队发展的核磁共振 - 远程化学位移扰动方法( chemical shift perturbations , CSPs )(图 1 )( J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 12816 ),研究了蛋白质在细胞裂解液环境下的五级作用力。   研究发现,目标蛋白质和细胞裂解液中的大分子之间的五级作用削弱了蛋白质带电残基产生的电场(图 2 ) , 但并不改变蛋白质的主链结构。进一步的研究表明,电场的削弱和侧链电荷的位置以及符号(正 / 负)有一定的关联。该结果暗示,五级作用力的存在可能会改变蛋白质在细胞内的功能,即从试管里获得...

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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2017-05-31
    • 在蛋白质中,盐桥影响蛋白质的功能及理化性质,如酶的催化、蛋白质 - 蛋白质相互作用、蛋白质 -DNA/RNA相互作用、分子识别等,但是盐桥形成机制目前还不清楚。青岛能源所仿真模拟团队利用该团队优化的 pH滴定方法,测量了 GB3中 4 对盐桥在不同温度条件下盐桥的强度,并阐明了盐桥形成的机制。研究发现,蛋白质盐桥会随着温度的升高而增强,通过范德霍夫方程( - 2.303Dp K a = DH /R T -DS /R)拟合得到 D H 和 D S , D H> 0 和 D S> 0,表明熵驱动了盐桥的形成,而焓变不利于盐桥的形成。随后,研究人员采用分子动力学模拟方法计算了盐桥自由能随温度的变化,结果和实验结论一致。计算研究表明,去溶剂化熵对盐桥的形成起到了主导作用,即盐桥的形成导致了原本围绕在离子周围的水分子被释放,从而增加了溶剂的熵值。
  • 《青岛能源所研究发现独特的pH依赖蛋白质相互作用》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-10-29
    • 青岛能源所代谢物组学研究组冯银刚研究员带领的研究团队在能源微生物的一对相互作用蛋白质模块中发现了一种独特的pH依赖的双结合位点切换现象,并阐明了其化学和结构机制,相关成果近日发表于国际高影响刊物Science Advances。该研究不仅揭示了生物体系复杂精巧的调控机制,同时也为pH依赖的蛋白质器件和生物材料开发提供了新的素材,在合成生物学和生物技术应用中具有重要价值。   pH是几乎所有在水溶液中进行的化学反应的重要因素,在生命过程中具有重要的作用。生物体中有许多pH依赖的蛋白质功能开关,不仅可调控细胞的生理和生化过程,而且可作为生物技术开发中的关键感应器件和功能开关。目前已知的pH依赖的蛋白质构象变化都是通过感应pH变化实现“打开-关闭”式的开关切换控制,发现新型的pH依赖的蛋白质互作方式具有重要的科学应用价值。代谢物组学研究组长期以来以一种高效降解木质纤维素的多酶复合体“纤维小体”为对象开展研究,并在研究一种产溶剂梭菌——丙酮丁醇梭菌——的纤维小体时,发现了一种全新的pH依赖的蛋白质相互作用变化方式。研究人员通过核磁共振技术发现该细菌中的一对纤维小体组装模块——粘连模块和对接模块——在低pH条件下会选择性结合于一个位点,而在高pH条件下选择性结合于另一个位点,从而形成了在不同pH条件下两个相互作用位点之间的切换(图1)。随后,研究人员利用核磁共振、X射线晶体学、微量热、分子动力学模拟等多种生物物理技术,揭示了这两个蛋白模块相互作用在pH依赖性方面的化学和结构机制:对接模块上两个结合位点的多对不对称残基,以及粘连模块上结合位点处的一段富含负电的柔性区残基的pKa漂移共同造成了这对蛋白模块相互作用的pH依赖的位点切换现象。这种精巧的pH依赖的蛋白质互作模式不同于其他已知的pH依赖性蛋白质互作方式,不仅揭示了生命体中可能存在的复杂分子作用机制,而且为生物材料开发、蛋白质感应器件设计、合成生物学元件设计等多种生物技术应用提供了崭新的素材和方案。   代谢物组学研究组长期致力于木质纤维素降解利用和生物质燃料开发,在高效降解木质纤维素的分子机器“纤维小体”研究中取得了多项重要的研究成果,在高温厌氧菌的遗传改造、代谢工程和合成生物学开发方面,形成了独具特色的研究方向和国际领先的技术优势。该论文所报道的研究成果是代谢物组学研究组长期坚持在木质纤维素降解利用和“纤维小体”研究中取得的重要成果。代谢物组学研究组博士生姚形哲、助理研究员陈超、蛋白质设计研究组副研究员王业飞是本论文的共同第一作者,代谢物组学研究组冯银刚研究员为本论文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院以及以色列科学基金会的资助。