Biology 版 (精华区)

发信人: Ingrid (新世纪的灵儿), 信区: Biology
标  题: 分子酶学和蛋白域结构
发信站: 紫 丁 香 (Mon Jan  3 20:48:36 2000), 转信


发信人: zel (雨), 信区: biology
标  题: 分子酶学和蛋白域结构
发信站: 饮水思源站 (Sat Jan  1 22:18:12 2000), 转信

核酸是遗传信息的的携带者，但是一切生命活动,如遗传信息(核酸)的保存和传
递、免疫反应、细胞周期(生长、分裂、凋亡)、神经传导、胚胎发育等都需要通过蛋
白质来实现。因此，蛋白质 的结构功能关系一直是生命学科的最基本的理论课题。
随着生物大分子的结构测定技术的发展，测定蛋白质结构所需要的时间大大的缩短，
密切联系蛋白质的结构研究蛋白质生物功能 成为可能。蛋白质表现其生物功能需要
特定的空间结构。 Anfinsen 提出了蛋白质一级结构决定其高级结构的著名学说，
认为蛋白质有了一定的一级结构就可以自发地折叠成为特定的三级结构，也就是说，
蛋白质折叠是受热力学所 决定的。 天然蛋白质处于能量最低 (即热力学最稳定)的
状态.一般来说,天然蛋白质的结构是相对稳定的,结构的稳定性 也是其保持生物个体
功能和物种的相对稳定所要求的。然而，越来越多的事实表明，许多蛋白质在体外并
不能够自发地形成天然状态的三维结构。体内折叠和体外折叠并不完全相同，在体内
，前导肽段、分子伴侣和折叠酶对体内折叠起着重要的作用。同时，并不是所有蛋白
质的天然活性状态一定是热力学上的最稳定态; 动力学过程对一些蛋白质的折叠也至
关重要。近年来发现蛋白质错误折叠引起的构象变化、聚合作用和结构转换是一些疾
病特别是神经系统疾病的病因。一些基因变异引起的疾病的分子机制，很可能有相当
大的一部分和蛋白质的折叠有关系。研究蛋白质的折叠和蛋白质构象形成的基础不仅
具有重要的理论意义而且是防治这类 "构象病"的理论基础。
　　另一方面,新陈代谢是生命活动的主要特征,其分子基础是在生物体内不断地进行
着一系列复杂化学变化，它们都是在酶的催化下进行的。近年来发现少数核糖核酸具
有催化功能，但是他们的催化效率很低，并不能承担现在体内催化代谢途径的作用。
真正承担催化生物体内化学反应的主要是酶，所有的酶都是蛋白质。生物体内的化学
反应的一个重要的特征，这些反应是在调节控制下进行的，彼此之间有机的形成一个
动态的网络。在分子酶学的研究中，我们不但要研究一些有其催化特点的酶的催化机
理，还要研究它们调节、控制机制以及它们的结构基础。
　　当前,我们在蛋白质结构与功能关系研究的重点是研究蛋白质的折叠,结构元件和
结构元件相互作用对三维结构的影响，以及构象的转换等和蛋白质生物功能的关系。
由于酶的功能检测方便，结合酶蛋白进行蛋白质的结构和功能的研究，比选择其它的
蛋白质更为有利。 研究分为三个层次进行： 第一，对一些有工作基础或一些有重要
功能的酶，结合三维结构的测定研究它们的催化机制；第二，研究酶蛋白的结构单元
，结构的稳定性和形成的条件以及结构的转换；第三，酶催化本身的化学反应和其它
化学反应的调节关系和结构基础。我们有可能通过这三个层次的研究，达到比较全面
地了解蛋白质和酶的结构与功能关系的目的。
　　生化所在蛋白质和酶学的研究有着良好的传统和基础。长期的酶学研究过程中,我
们在酶学、蛋白质化学和分子克隆等方面的方法手段不断的完善，结合这些手段已做
出了一些重要的工作。然而，这些年来，我所在生物大分子的结构甚至是构象测定的
手段方面，已经十分落后，仪器设备严重不足，加上人才大量流失，已在很大程度上
影响了我们研究工作的水平。为了能够发挥生化所的原有研究基础的优势，使得这一
方面的研究工作达到国际水平，我们按照有所为，有所不为的精神调整了研究的方向
，并建议将几个有关方面的工作联合起来，一方面继续加强我们的基础实力，同时以
交叉和协作的方式，弥补我们的人力和设备的不足。针对有限目标，集中力量，在蛋
白结构功能和分子酶学领域做出一些重要的工作。

1、主要研究课题和内容
　　目前的研究重点是对于酶和蛋白质中一些重要的问题在结构的基础上,结合它们的
生物功能进行研究。同时也开展一些有实际意义的应用基础研究。

　　(1)蛋白域结构研究　　蛋白质必需有特定的三级结构才具备生物功能。结构域
是蛋白质在一级结构和三级结构之间的结构单位，也是生物大分子产生生物功能的单
位。过去虽然认识了这一结构层次的存在，但是对它的研究却远远不够。主要是没有
很好的方法得到分离的结构域。对分离结构域的结构测定，结构和功能的关系的研究
，结构域的相互作用，以及结构域的重组的研究，可以对生物大分子的运动，如何表
现其独特的生物功能，可以有一个更为深入的结构层次的了解。同时为新的功能的蛋
白质的分子设计提供理论基础。
　　这一方面的研究包括：如何科学地客观地确定结构域的界限。从理论和实验两方
面相互印证，是客观地科学的定义结构域的唯一正确的途径。基因克隆的方法得到分
离的结构域，分离结构域的三维结构的测定，研究分离结构域的动态学和它的结构特
征，比较分离结构域和存在于蛋白质中的结构域的三维结构，分析不同结构域之间的
相互作用对结构的调整作用和对结构域的稳定性的影响，根据分离结构域的结构特点
设计具有新功能的蛋白质等。

　　(2)蛋白质与蛋白质之间的相互作用 　蛋白质折叠的研究主要是研究分
子内的相互作用，而蛋白质和蛋白质之间的相互作用是研究分子间的相互作用。它们
之间有内在的共性，但是由于研究的对象不同，也有各自的特点。蛋白质和蛋白质之
间的相互作用包括亚基的相互作用，抗原和抗体的相互作用，一些蛋白质和受体的相
互作用等等，揭示它们的本质规律有重要的理论意义，同时，它也是分子设计和药物
开发的结构基础。
我们在这一方面的研究重点在蛋白质和蛋白质的相互作用，着重在不同类型亚基的相
互作用。具体内容包括建立蛋白质(蛋白质相互作用的数据库，分析结合区的结构特
征，构象模块的确认，自由能的分析，热力学和动力学的研究和与比较蛋白质分子内
识别与分子间识别的差异性。
　　(3)蛋白质磷酸化作用的结构基础　蛋白质可逆磷酸化广泛涉及到生命
活动的各个方面和生命科学研究的各个领域，成为当前生命科学研究的焦点之一。目
前，已发现的蛋白激酶约有300种左右。在这些都存在一个比较保守的核心催化结构
域的众多的激酶中，许多激酶本身也受磷酸化的调节，它们又是其他蛋白激酶的底物
。在诸如细胞信号传导、细胞周期调控等系统中，蛋白激酶通过一系列蛋白（包括蛋
白激酶本身在内）的磷酸化构成严密的调控。有两个问题开始越来越受到关注。一个
是磷酸化影响蛋白质功能的分子机制问题，另一个是蛋白激酶作用专一性的问题。对
磷酸化作用的结构基础以及蛋白激酶作用专一性的深入研究、揭示与阐明不仅将从一
个方面揭示蛋白质发挥其功能及其受调节所依赖的结构基础，而且有助于对涉及到蛋
白质磷酸化的细胞活动的深刻认识，并在此基础上，将有可能产生一系列预防和治疗
人类疾病的有效药物。目前，对磷酸化作用的结构基础的研究相对较少。
　　本研究的总目标是揭示磷酸化调节性寓于蛋白质结构的本质规律，从而从本质上
了解磷酸化对细胞乃至生命活动的调节意义；通过对蛋白激酶作用专一性的根本认识
，为产生一系列预防和治疗人类疾病的有效药物提供理论依据。
　　具体内容是通过对几个蛋白（酶）的磷酸化调节分子机制和对 G蛋白偶联受体激
酶的磷酸化作用的研究，发现和总结磷酸化作用的模式及其与其他调节方式的关系、
蛋白激酶作用的专一性等。

　　(4)酶的结构与功能 酶的结构功能关系是当前结构生物学研究领域中十
分重要的内容之一。本研究集中在几个糖代谢酶（果糖-1,6-二磷酸酯酶，6-磷酸果
糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶，醇脱氢酶，乳酸脱氢酶）等，由于我们以前对果
糖-1,6-二磷酸酯酶和6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶的催化和调节有了
较为深入的研究，果糖-1,6-二磷酸酯酶已经结晶，并得到2.8的 X－射线衍射数据
（与加拿大林胜祥教授合作），6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶，醇脱氢
酶的酯酶结构域已经初步得到结晶，目前，希望尽快地解出蛇肌果糖-1,6-二磷酸酯
酶的晶体结构，提高6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶酯酶结构域的晶体质
量，和对6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酯酶进行结晶，紧密地联系催化和
调节功能，进行结构研究，阐明这些酶的催化作用机制和调节机制，特别是别构调节
的机制等。

　　(5)蛋白质折叠和结构转换 蛋白质从具有一级结构的肽链如何形成具有
生物功能的三级结构的机制。这一研究的问题是DNA到生物功能的蛋白质之间唯一还
没有解决的问题，具有重大的理论意义，同时也对有效地利用基因工程方法生产有应
用价值的具有生物活性的蛋白质。蛋白质的溶液构象，折叠 途径（中间态理论〕，
是揭示新生态肽链的折叠过程基础工作。
蛋白质的较低级的结构是形成更高级 结构的基础;而高级结构可能对低级结构有进一
步的调整和完善作用.其中,二级结构和折叠中间体的形成直接影响着球状蛋白质的折
叠和寡聚体的组装(assembly or association), 结构转换(structural transformation)
和错误折叠往往导致蛋白质的聚合(aggregation)。二级结构转换已引起人们的重视,
特别是某些蛋白质中的 a -螺旋向 b-折叠转变是改变蛋白质稳定性和聚合的原因.
寡聚体组装和蛋白质的聚合遵循不同的分子机理.前者有一定的专一性,而后者则是蛋
白质分子的随机集合. 因此，选择寡聚体蛋白质折叠和装配这一复杂生物学问题进
行研究，将能 较深入地揭示蛋白质折叠和聚合问题。这一方面的研究将用园二色性、
荧光、微分差热（DSC）谱以及NMR（特别是采用15N、13C和 19F标记蛋白质的异核
多维 NMR等）方法研究中等分子量大小有重要生理功能的蛋白质的溶液构象和结构转
换。折叠/去折叠方面将逐步由体外系统转向体内系统。
　　(6)酶工程研究 结合对于酶在非水溶剂中的催化机制的研究并以青霉素
酰化酶和过氧化物酶为对象探索实际应用的可能性。开展代血物的研究。
　　(7)金属硫蛋白和促血管生成素的研究　　与 Harvard医学院生物化学、生物
物理科学与医学中心Vallee教授和胡国富博士合作进行。主要研究金属硫蛋白对含金
属的生物大分子的金属中心的作用和促血管生成素的结合蛋白以及它们的生理功能的
研究。

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