生物质能源技术中酶的理化耐受性与蛋白质结构关系的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    30970562
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    28.0万
  • 负责人：
    杜奇石
  • 依托单位：
    广西科学院
  • 学科分类：
    C0501.结构生物学
  • 结题年份：
    2012
  • 批准年份：
    2009
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2010-01-01 至2012-12-31

项目摘要

蛋白质工程 (酶工程)已成为生物技术的重要手段，应用在生物质能源、生物化工、环保、农业和生物制药等领域，产生着巨大的经济效益和社会效益。广西科学院作为"国家非粮生物质能源工程技术研究中心"的依托单位，承担着国家重大项目，研究利用木薯、甘蔗渣和糖蜜等原料生产生物燃料的技术。用氨基酸定点突变法改造野生酶，以提高酶的生物活性和理化耐受性，是研究的重点和难点。淀粉酶和纤维素酶的最佳工作温度和酸度条件决定了生物质能源生产的经济效益。研究酶的理化耐受性与蛋白质结构的关系是酶工程研究的重要的和全新的课题。计划在我们已有的"基于氨基酸理化性质的肽与蛋白预测法"(AABPP)和"理化人工神经网络法"(Phys-Chem ANN)的基础上，结合核磁共振测定酶的pKa值（酸电离常数）实验，利用广西科学院已有的大量实验数据，建立酶的理化耐受性与蛋白质结构间关系的理论模型，用以指导纤维素酶和淀粉酶的酶工程改造实验。

结项摘要

目标是“建立一个定量或半定量的理论模型，解释和预测酶的活性中心的关键氨基酸残基的pKa 值与微环境内的物理和化学条件的关系，以及氨基酸组成的突变如何影响关键氨基酸残基的pKa 值，尝试指导酶工程改造实验。”这一目标已如期达到，所列的5项研究内容都已完成，并根据需要增加了部分研究内容。按5项内容总结如下。.（1）在已有的酶工程改造实验数据和文献数据的基础上，确定与pKa 值有关的酶活性中心范围。.在20种天然氨基酸内选定了5种可电离氨基酸，包括三种酸性氨基酸（天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu、组氨酸His）和两种碱性氨基酸（精氨酸Arg、赖氨酸Lys），收集了大量的实验数据和文献数据，建立了数据库（文献1的表3），作为研究依据。.（2）在酶的活性中心区域探讨各种可能的影响关键氨基酸残基的pKa 值的物理的和化学的因素。.从理论化学的角度研究了影响氨基酸质子化和去质子化的物理和化学因素，发现影响氨基酸pKa值的因素除已知的氢键和静电作用外，阳离子–π键和极性氢–π键有重要作用，对组氨酸的pKa值有强烈影响，可反转组氨酸的质子化和去质子化状态（文献10和11）。.（3）通过分子动力学模拟和量子化学计算，量化这些影响因素。.用高档量子化学方法系统计算了影响pKa值的两种因素阳离子–π键和极性氢–π键的作用曲线，建立了经验计算公式，优化了参数（文献10和11），大大简化了计算。.（4）在定量计算的基础上，建立预测和解释氨基酸残基的pKa值的理论模型。.在理论研究的基础上，建立了预测蛋白质结构中氨基酸pKa值的方法Pred-pKa（文献1）。这一方法发表在2010年，在其后的两年内得到不断改进和完善。.（5）测定酶的关键氨基酸残基的pKa 值，验证和改进预测模型。.氨基酸的pKa值的理论成果和预测方法被用于多项研究中，一个成功的例子是分析植物气孔的保卫细胞的慢阴离子通道蛋白AtSLAC1的传导和浓缩二氧化的机制。研究发现组氨酸His332的pKa=3.50，在很大的范围内变化，既是质子的给体、又是受体，在二氧化的传导和浓缩机制里起关键作用（文献8）。研究成果还应用于两位博士生的α-淀粉酶 和 β-淀粉酶的最适pH值的分子改造实验中，取得良好效果。.根据需要增加了两项研究内容“蛋白质家族进化序列和结构位点的相关性研究”和“蛋白质无规则回路（loops）的肽链

项目成果

期刊论文数量（21）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（6）
专利数量（0）
基于氨基酸位点变异的蛋白质家族进化的相关分析和在PDZ结构域的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    PLos One
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    杜奇石;王成华;廖思明;黄日波
  • 通讯作者：
    黄日波
A possible CO2 conducting and concentrating mechanism in plant stomata SLAC1 channel.
植物气孔SLAC1通道中可能的CO2传导和浓缩机制。
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0024264
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Du QS;Fan XW;Wang CH;Huang RB
  • 通讯作者：
    Huang RB
Designing inhibitors of M2 proton channel against H1N1 swine influenza virus.
设计针对 H1N1 猪流感病毒的 M2 质子通道抑制剂
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0009388
  • 发表时间：
    2010-02-23
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Du QS;Huang RB;Wang SQ;Chou KC
  • 通讯作者：
    Chou KC
2009-H1N1 流感病毒的药物靶标蛋白质的计算3维结构
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Chem. Phys. Letter
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杜奇石;王树青;黄日波;周国城
  • 通讯作者：
    周国城
Structural position correlation analysis (SPCA) for protein family.
蛋白质家族的结构位置相关分析 (SPCA)
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0028206
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Du QS;Meng JZ;Wang CH;Long SY;Huang RB
  • 通讯作者：
    Huang RB

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其他文献

桥函数在统计力学积分方程理论3d
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    《化学学报》, 2004, 62, 120-126.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杜奇石;魏冬青
  • 通讯作者：
    魏冬青
苯甲酸降解途径及转化生产粘康酸的研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    广西科学院学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    谢能中;黄艳燕;李检秀;郭铃;李亿;王青艳;陈东;杜奇石;黄日波
  • 通讯作者：
    黄日波
生物法合成乙偶姻手性异构体的研究进展
  • DOI：
    10.13656/j.cnki.gxkx.20170119.003
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    广西科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    谢能中;石毓梅;李检秀;黄艳燕;杜奇石;黄日波
  • 通讯作者：
    黄日波
流感病毒M2质子通道抑制机理的计算化学模拟和理论分析
  • DOI：
    10.13657/j.cnki.gxkxyxb.20141126.007
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    广西科学院学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    秦艳;谢能中;杜奇石;黄日波
  • 通讯作者：
    黄日波
In deep analysis on the binding sites of adamantane derivatives in HCV (hepatitis C virus) p7 channel based on the NMR structure.
基于NMR结构对金刚烷衍生物在HCV（丙型肝炎病毒）p7通道中的结合位点进行深入分析。
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    PLos One
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    杜奇石
  • 通讯作者：
    杜奇石

其他文献

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杜奇石的其他基金

蛋白质骨架中无规则回路(loops)结构的理论研究及在酶分子改造中的应用
  • 批准号：
    31370716
  • 批准年份：
    2013
  • 资助金额：
    70.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准年份：
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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