《在核酸螺旋結構上組裝功能基來模擬生物大分子》是依託中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院，由徐亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：在核酸螺旋結構上組裝功能基來模擬生物大分子
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐亮
- 依託單位：中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在簡單可控的載體結構上模擬生物大分子，一直是研究大分子的結構與功能關係以及探討其相互作用的重要途徑。本項目首次提出以DNA螺旋結構為通用骨架，在其上組裝化學功能基來模擬大分子活性區域，這一骨架的優勢在於功能基引入位點精確可控，多功能基可自由組裝等。本項目以模擬水解酶為工作切入點，藉助計算機設計和動力學模擬，在核苷水平化學合成引入咪唑、羥基、羧基等水解酶活性區域的化學功能基，通過序列合成，鹼基配對，再從簡到繁，逐步在螺旋中組裝多個／種功能基，探討他們的協同作用和最佳組合方式，考察離子種類，底物濃度，環境pH值等影響因素，綜合評價新功能分子的作用機制。使用Tm值，CD譜等試驗考察高級結構穩定性，使用紫外監測對硝基酚酯類底物水解速率。通過這些實驗，本課題旨在驗證核酸結構用於大分子模擬的可行性和科學性，同時，探討通過功能基引入而賦予了蛋白質功能的新核酸分子的潛在開發用途。
結題摘要
認識生物大分子的作用機制，研究生物大分子之間以及它們與小分子之間的相互作用，有助於認識他們如何調控正常的生理活動，闡明疾病的發病機理。這一領域中一個重要的研究方面是對大分子的功能進行模擬，即對其功能區域的結構展開模擬。本項目選擇核酸螺旋為骨架，在其結構上引入蛋白質功能區的化學功能基，利用核酸高級結構的自組裝，通過適當的位點組合和連線臂調整，來模擬出局部與蛋白質功能區域類似的三維空間結構，期望產生相似的生物學功能。本研究一共開展了針對4種酶和底物的模擬工作：1、以蛋白水解酶為模擬對象，針對對硝基酚乙酸酯為底物；2、以磷酸酯酶為模擬對象，水解對硝基酚磷酸酯底物；3、模擬天冬醯胺類酶，水解肽類底物；4、模擬核酸酶，以RNA為底物。其中，在針對蛋白水解酶和磷酸酯酶為模擬對象的這兩部分工作中，取得了重要結果。模型LK-JC-02將乙酸對硝基酚酯（PNPA）的水解速率提高123倍（kcat/ kuncat= 123），並且表現出一系列類似天然酶的典型特徵。模型G4-23將底物2-羥丙基-4-硝基酚酯（HPNP）的磷酸酯轉移反應速率提高三個數量級（kcat/ kuncat=2590），同樣也表現出類似天然酶的一系列典型特徵。這些結果提示，在核酸螺旋結構上合理地設計催化元素，通過它們之間的協同作用，可以實現特定酶的功能模擬。DNA作為一種優秀的自組裝分子，為生物大分子模擬研究，提供了全新的分子骨架體系。
