用DFT和固体NMR研究丝蛋白体系中氢键、构象与功能的关系

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    29974004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    12.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0509.生态环境材料化学
  • 结题年份:
    2002
  • 批准年份:
    1999
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2000-01-01 至2002-12-31

项目摘要

The spinning mechanism of natural silk has been an open issue. In this study, both the conformation transition from random coil to b-sheet and b-sheet aggregation growth of silk fibroin are identified in the Bombyx mori regenerated silk fibroin aqueous solution by the circular dichroism (CD) spectroscopy. A nucleation-dependent aggregation mechanism, similar to that found in viral protein denaturation of neurodegenerative diseases, is suggested for such a structural protein system in the silk spinning process. Two steps are involved in this mechanism: (i) nucleation, a rate-limiting step involving the random coil to b-sheet transition as well as b-sheet aggregation, i.e., the formation of a nucleus or seed; (ii) aggregation growth which follows a first order kinetic process with respect to the random coil concentration. The increase of temperature accelerates the b-sheet aggregation growth if the b-sheet seed was introduced into the random coil solution. Both the silkworm and spider silk spinning processes are proposed to occur via a nucleation-dependent aggregation pathway. This work enhances our understanding of the natural silk spinning process in vivo..In addition, we investigated the effect of metal ion (Ca2+, K+, Cu2+, Zn2+) on the conformation transition of silk fibroin of Bombyx mori silkworm for viewing insight into the origin of nucleus formation. Both results from 13C-NMR and Raman spectroscopy showed that the existence of metal ions induces the transformation from coil chain to b-sheet. The reason why K+ and Ca2+ can induce b-sheet formation is that they destory the intra-chain hydrogen bonds in random coil chain, making the silk fibroin chain stretch, providing the probability of forming more regular b-sheet. But the reason why Zn2+ and Cu2+ induce b-sheet formation is that they can form new turns by foming planar four coordination complex with histidine-involved residues, making the side chains of turns form inter-chain hydrogen bond, therefore initiating b-sheet formation. The EPR results also demonstrated this possibility. The different mechanism between K+, Ca2+ and Cu2+, Zn2+ might make them exist with different contents in silk fibroin..Also in this work, a density functional theory (DFT) approach was used to assess those available structural parameters based on the comparison of calculated 13C chemical shifts and shielding tensors with experimental ones. The results indicate that: (i) silk I form, firstly be proposed in this work, is similar to a 31-helix conformation with torsion angles of <j> = -59 ± 2°, <y> = 119 ± 2°, <w> = 178 ± 2° for alanine residue and <j> = -78 ± 2°, <y> = 149 ± 2°, <w> = 178 ± 2° for glycine residue in the silk fibroin; (ii) silk II structures individually determined by Marsh, Fossey and Asakura are considered to be more rational than those determined by other authors. The resultant torsion angle ranges for silk II form are <j> = -143 ± 6°, <y> = 142 ± 5° and <w> = 178 ± 2° both for Ala and Gly residues.
本课题拟对蚕丝蛋白体系中氢键以及由此导致的构想与功能的关系进行深入的研究.利用对P偷鞍锥嗵醇八康鞍滋逑档腄FT化学位移量化计算以及分子设计与固体C-13 NMR的方法,玫角逦睦砺劢峁褂氲绾煞植纪枷?从分子水平上将结构与功能相关联,为合成性能优于蚕康男滦突撕蜕锊牧咸峁├砺壑傅?并将丝蛋白体系的共性规律推广到其他蛋白体系.

结项摘要

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Conformation transition kinetics of regenerated Bombyx mori silk fibroin membrane monitored by time-resolved FTIR spectroscopy
时间分辨傅立叶变换红外光谱监测再生家蚕丝素蛋白膜的构象转变动力学
  • DOI:
    10.1016/s0301-4622(00)00213-1
  • 发表时间:
    2001-01-31
  • 期刊:
    BIOPHYSICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Chen, X;Shao, ZZ;Chance, MR
  • 通讯作者:
    Chance, MR
Influence of Crosslinking Agent content on Structure and Properties of Glutaraldehyde Crosslinked Chitosan Membranes
交联剂含量对戊二醛交联壳聚糖膜结构与性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xin Chen;Zhengzhong Shao;Yufang Huang;Yao Huang;Ping Zhou;Tongyin Yu
  • 通讯作者:
    Tongyin Yu
Natural Silk Spinning Process: A Nucleation-Dependent Aggregation Mechanism?
天然丝纺纱过程:成核依赖性聚集机制?
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Eur. J. Biochem
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guiyang Li;Ping Zhou;Zhengzhong Shao;Xun Xie;Xin Chen;Honghai Wang;Lijuan Chunyu;Tongyin Yu
  • 通讯作者:
    Tongyin Yu
金属离子导致的丝素蛋白的构象转变
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李贵阳;周平;孙尧俊;姚文华;宓泳;姚惠英;邵正中;于同隐
  • 通讯作者:
    于同隐
Complex formation of silk fibroin with poly(acrylic acid)
丝素蛋白与聚丙烯酸复合形成
  • DOI:
    10.1295/polymj.32.269
  • 发表时间:
    2000-01-01
  • 期刊:
    POLYMER JOURNAL
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Gao, QW;Shao, ZZ;Yu, TY
  • 通讯作者:
    Yu, TY

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  • 通讯作者:
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AI项目解读示例

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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