我国科学家在生物大分子体系超快光谱理论研究工作取得新进展

时间:2010-10-8 19:28:12来源:国家自然科学基金委员会 作者:Ultrafast

最近,美国国家科学院院刊以通讯形式刊登了中国科学院大连化学物理研究所庄巍研究组在“使用手性诱导二维红外光谱中仿真手段分辨初期Aβ42的单体结构”研究中取得的新进展。

众所周知,老年痴呆症的致病主要原因被认为是Aβ蛋白误折叠后形成纤维状聚集体并在脑部产生淀粉样沉淀。研究表明,在误折叠过程早期,Aβ42单体是由多种构象混合而成,这些物种可以按照在特定区域内典型的β-hairpin的特征构型进行分类。理解这一高度无序的构象组合在纤维化早期如何转化为均一有序的β结构并发生聚集,对于深入研究老年痴呆症的致病机理有重要的意义。然而尽管这些物种的结构特征不同,但由于常用的谱学技术,如NMR等技术的时间分辨率有限,且缺少不同异构体的高分辨光谱特征指认,而不能直接跟踪相关蛋白的构象动力学,因此对于Aβ蛋白误折叠早期阶段动力学现象研究的手段一直相当缺乏。

庄巍等人运用分子动力学模拟并结合二维红外光谱,研究了上述物种的结构、互变动力学以及它们的光谱特征。结果表明,常用的有序参数对Aβ42单体的不同构象并不敏感,而普通的非手性二维红外信号的分辨率也因其对一般有序参数固有的依赖性而受到限制;而某些精心设计的脉冲序列,由于其对与蛋白各种单体构象手性差异的高度敏感,原则上能够将这些单体结构分辨出来。这一类手性诱导技术可以被理解为是圆二色光谱技术(CD)在非线性光谱技术领域的拓展,具有比CD更高的光谱分辨率和CD所不具备的超高时间分辨率,而能够追踪在误折叠过程中各单体组分含量的变化。这项理论模拟研究,展示了手性诱导(CI)二维红外技术在考察Aβ42聚合过程的潜力,该研究策略有望成为一种新的实验技术。此工作在生物医药学领域,特别是在理解老年痴呆症等相关疾病致病机理方面,具有重要意义。

该研究工作得到国家自然科学基金等的资助。

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