肌红蛋白力致去折叠的全原子分析

位于脊椎动物骨骼肌中的肌红蛋白在生命过程中扮演着重要角色，其折叠过程依赖于血红素的绑定.本文着重于肌红蛋白在力的作用下去折叠过程的全原子统计分析.结果表明血红素不仅具有生物学上的功能，而且决定其去折叠的动力学过程.在血红素不存在的情况下，肌红蛋白的力致去折叠过程存在一个中间态，其构象不同于化学变性剂所导致的去折叠中间态，发现新的中间态.结论与相关实验结果相符，揭示了肌红蛋白力致去折叠的一般机制.     

基于光谱法研究盐酸胍诱导的人血红蛋白去折叠过程

借助于紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法以及停流-荧光光谱法研究了盐酸胍(GdmHcl)诱导人血红蛋白的去折叠过程。实验发现,盐酸胍诱导的血红蛋白去折叠有两个不同的过程,即随着GdmHcl浓度增加到1.0 mol·L-1左右时,血红蛋白亚基发生解聚,形成中间态;持续增加其浓度时,各亚基发生内部去折叠,最终导致血红素发生崩解。加入还原剂(β-巯基乙醇)对血红蛋白亚基解聚、血红素崩解有协同作用且直接引起亚基和全分子同步变构。血红蛋白去折叠过程从“三态模型”转变为“二态模型”。     

钙离子调控微丝切割蛋白中A6亚基解折叠的单分子力谱研究

在生命活动中,金属离子扮演了非常重要的角色.微丝切割蛋白(adseverin)需要钙离子的活化才能行使其切割肌动蛋白微丝的功能.本文通过基于原子力显微镜的单分子力谱研究了微丝切割蛋白C端末的A6亚基在结合钙离子前后的力学解折叠机理.实验结果显示:在未结合钙离子时,A6的解折叠表现为两态过程;在结合钙离子后A6力学稳定性显著提高;同时,钙离子的结合使得A6解折叠过程中出现稳定的中间态.通过对中间态的链长的分析,我们推测了中间态对应着A6的N端部分解折叠.而这一部分的解折叠可以使得掩藏在该结构后的A5亚基中肌动蛋白微丝结合位点暴露,从而促使微丝切割蛋白执行功能.我们的实验结果为理解微丝切割蛋白的工作原理提供了新的实验证据.     

新天花粉蛋白的盐酸胍去折叠过程

本文利用荧光光谱和园二色光谱研究了新天花粉蛋白的盐酸胍去折叠过程.结果显示:新天花粉蛋白的盐酸胍去折叠是一个只包含天然蛋白和变性终态的二态过程,与已经报道的天花粉蛋白的盐酸胍去折叠过程不同.     

新开花粉蛋白的盐酸胍去折叠过程

本文利用荧光光谱和园二色光谱了新开花粉蛋白的盐酸胍去折叠过程。结果显示：新开花粉蛋白的盐酸胍去折叠是一个只包含天然蛋白和变性终态的二态过程,与已经报道的天花粉蛋白的盐酸胍去折叠的过程不同。     

可见光谱法研究肌红蛋白血红素铁与金属离子相互作用(Ⅰ)

肌红蛋白(Myoglobin,Mb)是哺乳动物细胞主要是肌细胞贮存和分配氧的蛋白质, 由一条多肽链和一个血红素辅基构成,其血红素铁在氧气的传递和运输中起到关键作用。文章利用紫外-可见光谱法对肌红蛋白的血红素铁和外加金属离子M(Ⅱ)[Cu(Ⅱ), Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)] 的直接相互作用进行了研究。结果发现, 金属离子M(Ⅱ)与肌红蛋白活性中心的Fe(Ⅱ)发生了直接相互作用,外加金属离子将铁离子从肌红蛋白中“拖拽”出来,形成部分空位肌红蛋白衍生物。同时研究了外界条件,如离子浓度对这种相互作用的影响,发现随着外加金属离子量的增加这种相互作用逐渐增强,其作用强度依次为Co(Ⅱ)＞Zn(Ⅱ)＞Cu(Ⅱ)。 研究证实了肌红蛋白的血红素铁与金属离子之间存在直接相互作用,并且离子浓度对这种相互作用有影响。     

朗之万方程及其在蛋白质折叠动力学中的应用

研究了朗之万方程的动力学性质,并用它模拟了蛋白质分子的折叠过程.首先在相空间中对朗之万方程做连续映射,发现做布朗运动的粒子在位置坐标上存在明显的概率分布,这表明蛋白质折叠过程中分子空间构型是非遍历的.此外,本文还通过数值模拟得到了去折叠态蛋白质的紧密度指标,并验证了它与实验结果以及其他理论方法的一致性.本文还提出了一种利用重整化方法研究熔球体状态蛋白质的理论模型,并提供了考虑疏水基影响的蛋白质折叠过程的模拟思路. 关键词： 朗之万方程 蛋白质折叠非遍历性 紧密度指标 重整化     

荧光光谱法研究氨基改性介孔泡沫对DhaA的稳定化机理

采用F-4600荧光光谱仪,对尿素和二甲基亚砜两种变性剂中烷基卤脱卤酶DhaA在氨基改性介孔泡沫固定化前后的荧光光谱特征进行测定。运用荧光相图分析DhaA在两种变性剂中的去折叠过程,并结合活性残留率进行了变性过程热力学参数计算,比较固定化前后DhaA去折叠过程和热力学参数的区别。实验结果表明,DhaA催化活性随变性剂浓度增加而降低。相同变性剂浓度下,固定化DhaA能够比游离态DhaA保持更高的催化活性,在变性剂到达临界浓度之前（尿素浓度5.5 mol·L-1,DMSO浓度7 mol·L-1）,氨基改性介孔泡沫的稳定化作用显著。DhaA在尿素诱导下的变性过程符合“二态模型”,而在DMSO诱导下符合“三态模型”,DhaA中间态出现在浓度为5.6 mol·L-1。氨基改性介孔泡沫固定化不改变DhaA变性过程,但能够提高DhaA的去折叠热力学参数。在尿素诱导下,计算得到的DhaA初始吉布斯自由能变ΔG(H₂O)为8.51 kcal·mol-1,固定化后ΔG(H₂O)提高为9.55 kcal·mol-1;但由于尿素分子容易通过静电作用进入氨基介孔泡沫孔道,固定化后DhaA的溶液可及面积m由3.69 kcal·(mol·mol·L-1)-1增大到4.00 kcal·(mol·mol·L-1)-1,孔道内的氨基、羟基能够通过氢键作用增强DhaA的刚性,从而有效的降低了尿素可及面积增加带来的影响,提高了DhaA的尿素耐受性。在DMSO诱导下,计算发现游离态与固定化DhaA在折叠态向中间态转变过程中的ΔG(H₂O)均为12.12 kcal·mol-1,由于孔道内的氨基、羟基能够有效阻碍非极性DMSO分子的进入,造成m从3.39 kcal·(mol·mol·L-1)-1降低为2.30 kcal·(mol·mol·L-1)-1;当DhaA从中间态向去折叠态转化时,DhaA内部疏水基团暴露导致m增加,由于孔道内极性微环境作用,固定化DhaA的m值（4.40 kcal·(mol·mol·L-1)-1）仍然低于游离态DhaA（4.94 kcal·(mol·mol·L-1)-1）。荧光光谱法研究固定化对DhaA去折叠过程及热力学参数的影响是深入研究DhaA稳定性的有效手段,能够为其他生物酶的稳定化机理研究提供方法指导。     

快速获得蛋白质晶体的X射线劳厄像

构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质——酶的催化下进行的.酶作为催化剂,有高度的专一性、效率高及条件温和等一般催化剂不可比拟的优点.蛋白质的结构以及酶催化反应过程中中间态的结构,对催化机制的了解有着重要意义.X射线衍射方法在蛋白质的空间结构测量中一直占有重要地位.一般说来,最令人信服的结果是来自X射线衍射法. 酶催化反应或肌红蛋白与血红蛋白的配位结合反应中的结构中间态,在生理温度下典型的寿命是毫秒或更短.这些瞬变的中间态不可能形成稳定的结晶体,于是不可能用X射线晶体学的方法直接研究,但是可以…     

EPR和NMR自旋标记法研究部分折叠蛋白质构象

部分折叠蛋白质的特征是在溶液中有部分二级结构,但是三级结构接触比较松散或者较少,其意义可能是蛋白质折叠过程的中间态,或者有重要的生理功能. 利用EPR和NMR波谱可以表征其构象特征,从而构建其二级结构、三级结构、四级结构以及构象变化的结构模型. 利用分子生物学的点突变技术可以在蛋白质主链上插入1个或2个半胱氨酸残基,然后把顺磁自旋标记物特异地共价结合在半胱氨酸的侧链巯基上来制备自旋标记样品. 位点特异性自旋标记电子顺磁共振（SDSL-EPR）波谱是通过测定2个自旋标记间的偶极相互作用,从而推测2个硝基氧自由基间的距离. 核磁共振（NMR）波谱则是通过测定单个自旋标记中心对周围原子核驰豫效应增强（PRE）的效应,推测出顺磁中心相对于周围原子核的距离. 连续波EPR和NMR自旋标记方法可以测定2.5 nm左右的偶极相互作用距离,属于长程的距离约束,这对于确定部分折叠蛋白质的构象至关重要. 该文将就蛋白质部分折叠态研究的生物学意义,自旋标记方法以及EPR和NMR方法研究其构象特征举例描述.     

全内反射瞬逝场照明高精度磁镊及其在DNA解旋酶研究中的应用

传统磁镊的测量精度受限于磁球的布朗涨落, 当磁力小于约10 pN时, 磁球的布朗涨落明显增大, 对应磁镊的空间分辨率显著下降. 为了提高传统磁镊在小力条件下的测量精度, 本文将全内反射荧光技术引入到磁镊技术中, 并建立相适应的“磁球-手柄-荧光微球-待测生物分子”单分子连接系统, 在小力条件下(小于10 pN)获得纳米量级的测量精度. 应用改进的磁镊对DNA发卡的折叠-去折叠态的转变过程进行了研究, 依据DNA发卡的折叠-去折叠态转变的性质对全内反射场的穿透深度进行了校正, 并结合实验结果对改进后的磁镊的测量精度进行分析. 观察了Bloom解旋酶的解旋动力学过程, 获得初步实验结果, 证实了改进的磁镊在单分子研究中的实用性. 关键词： 磁镊 全内反射荧光 DNA发卡 解旋酶     

FTIR光谱法研究天花粉蛋白的热去折叠过程

本文利用ＦＴＩＲ光谱技术和计算机辅助解析技术（二阶导数、去卷积和曲线拟合）研究了天花粉蛋白的热诱导去折叠过程。结果表明：在２５～８５℃温度范围内,天花粉蛋白的热去折叠是一个不可逆的分子间聚集的过程;二级结构随温度的变化暗示了折叠中间体的存在。     

喇曼光镊分析血红细胞的携氧能力

应用喇曼光镊系统结合气体循环供给装置,收集了不同氧合状态的单个红细胞的喇曼光谱,分析了激光功率对氧合状态分析的影响.选择氧合态和去氧态的对比及区分指标,并运用该指标分析了不同保存时间、不同健康状态红细胞的携氧能力.结果发现:较强功率的激光照射细胞会导致其亚铁血红素凝集特征峰1248、1371cm-1升高;I1638/I1547比值是区分氧合态与去氧态的良好标志;经较长时间保存的红细胞氧合能力增强,但去氧能力没有显著变化;而α-地中海贫血HbH-CS患者的红细胞氧合能力比正常对照的强,但其去氧能力较差.从而表明喇曼光镊可以快速灵敏地分析红细胞的氧合能力,评价其携氧功能.     

机械剥离折叠石墨烯粘附与纳米摩擦性质

本文用原子力显微镜研究了空气和氮气两种不同气氛环境下的机械剥离石墨烯粘附力,发现氮气环境下的粘附力更小,且石墨烯边缘的粘附力比内部区域大.在氮气环境下探究了折叠石墨烯粘附力与层数的关系及其摩擦性能,结果表明粘附力与折叠石墨烯层数无明显关系,折叠石墨烯各区域的摩擦性能都远超二氧化硅基底,且单层、单层上折叠、双层以及双层上折叠区域的摩擦系数依次降低,分别为0.049,0.031,0.023和0.021,摩擦力也依次降低,折叠处由于层与层之间的结合力弱于相同层数的石墨烯,摩擦性能有所降低,但未发现粘附力与摩擦力之间的明显关系.在采用尖针和球针测量粘附力时,测量历史不会对后续粘附力产生明显影响.对空气环境下出现的新鲜折叠石墨烯的研究表明新鲜折叠石墨烯的折叠区域摩擦力较未折叠区域显著增大.     

喇曼光镊分析血红细胞的携氧能力

应用喇曼光镊系统结合气体循环供给装置,收集了不同氧合状态的单个红细胞的喇曼光谱,分析了激光功率对氧合状态分析的影响.选择氧合态和去氧态的对比及区分指标,并运用该指标分析了不同保存时间、不同健康状态红细胞的携氧能力.结果发现：较强功率的激光照射细胞会导致其亚铁血红素凝集特征峰1 248、1 371 cm－1升高|I1 638/I1 547比值是区分氧合态与去氧态的良好标志|经较长时间保存的红细胞氧合能力增强,但去氧能力没有显著变化|而α-地中海贫血HbH-CS患者的红细胞氧合能力比正常对照的强,但其去氧能力较差.从而表明喇曼光镊可以快速灵敏地分析红细胞的氧合能力,评价其携氧功能.     

利用纠缠交换在理想和非理想条件下的远程态制备(英文)

提出了利用纠缠交换技术实现一个纠缠态的远程制备.考虑在量子信道没有遭受噪声影响的条件下,利用一对两粒子纠缠态作为量子信道去实现远程态制备.此外我们考察了噪声存在时的远程态的制备,研究显示不同类型的量子噪声对远程态制备过程的保真度的影响不同.对一个确定量子态,我们考察了消相干效应对其远程制备的影响.     

线性共振力作用下扩散过程中粒子数叠加态的退相干

利用有序算符内的积分技术和热纠缠态表象,导出了线性共振力作用下扩散过程中密度矩阵主方程的解,给出密度算符的演化公式.并求出了真空态和单光子叠加态Wigner函数的解析表达式.采用数值计算方法,描绘了Wigner函数的演化曲线,以及负部体积随耗散时间的演化曲线.通过对Wigner函数演化曲线的分析,讨论了耗散过程和线性共振力作用对其量子特性的影响.研究结果表明:随耗散时间延长,真空态和单光子叠加态的Wigner函数负值范围和负值深度都在逐渐减小,直至消失;另一方面,线性共振力会使Wigner函数发生平移.     

超导电性制冷唯象理论

本文以超导热力学唯象为基础，讨论了有退磁效应和远退磁效应的两种Ｉ类超导体样品在外场从０增加到临界场ＨＣ（Ｔ）过程中所产生的制冷效应，我们发现：对于有退磁效应的样品，其制冷效应发生在中间态区；而从Ｍｅｉｓｓｎｅｒ态到中间态和从中间态到正常态的相变过程是二级相为，所以无制冷效应，这可能是超导体制冷实验研究的核心问题。     

光缔合过程中多光子振转态选择性跃迁

研究了光缔合过程中OH分子基电子态的振转态选择性跃迁. 计算结果表明通过选择适当的初始碰撞能与光场参数,两碰撞原子可以利用三光子、四光子与九光子跃迁,从连续态跃迁至目标态. 通过选取较低的光场频率,增加跃迁至目标态的光子数来控制分子布居跃迁至较低的振转态. 在光缔合过程中, 部分缔合的分子通过中间态与背景态重新发生解离,解离过程降低了目标态的布居分布.     

单细胞拉曼光谱分析地中海贫血红细胞的氧合态和去氧态

应用光镊拉曼光谱系统俘获单个红细胞并收集其拉曼光谱,选择I1638/I1547比值为区分红细胞氧合及去氧态指标,比较分析地中海贫血HbH-CS和健康个体单个红细胞的氧循环过程的氧合和去氧能力及去氧态群体红细胞.结果发现,在氧循环的去氧态中,地中海贫血HbH-CS的I1638/I1547显著高于正常对照;氧合态的I1638/I1547也略高于正常对照.群体统计中,若以小于正常对照I1638/I1547的平均值为去氧态基准,则正常对照46%的红细胞达到去氧态.而地中海贫血HbH-CS仅有15%,表明地中海贫血HbH-CS红细胞的氧合能力较强,但去氧能力显著低于正常对照,而且地中海贫血HbH-CS红细胞个体差异较大.该研究在单细胞水平上,揭示了地中海贫血HbH-CS红细胞氧合,去氧能力以及细胞个体差异性,以评价其携氧功能,为诊断治疗提供一定的理论依据.