检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王雪中国科学院大学

学位级别：博士

Ryanodian受体(ryanodine receptors，RyRs)是分布在肌质网和内质网上的钙离子释放通道蛋白。RyRs是一个同源四聚体，其分子量超过2.2MDa;80％的氨基酸在胞浆中折叠形成胞浆区，剩余的氨基酸折叠形成包含离子通道的跨膜结构域。在哺乳... 详细信息

Ryanodian受体(ryanodine receptors，RyRs)是分布在肌质网和内质网上的钙离子释放通道蛋白。RyRs是一个同源四聚体，其分子量超过2.2MDa;80％的氨基酸在胞浆中折叠形成胞浆区，剩余的氨基酸折叠形成包含离子通道的跨膜结构域。在哺乳动物中有三种RyRs的亚型，分别是RyR1，RyR2和RyR3，有着70％的同源性。其中RyR1主要在骨骼肌中表达，它在骨骼肌兴奋-收缩偶联中起着重要作用，控制着肌质网中钙离子的释放;同时，很多因素都可以调节RyR1的功能，其中最重要的就是钙离子的调控。虽然已经有人报道了兔源RyR1关闭态的近原子分辨率的结构，但是还没有高分辨率的开放态的结构，这阻碍了人们对钙离子激活RyR1的分子机制的研究。\n 本研究中，我们利用冷冻电镜三维重构技术解析了钙离子激活的兔源RyR1开放态的高分辨结构。为了得到稳定的开放态，除了加入100μM钙离子，我们还加了阻塞剂钌红将其稳定在开放态。我们采用FEI公司Titan Krios300kV场发射低温透射电镜对制备出的钙离子激活的兔源RyR1开放态蛋白样品成像，并用FalconⅡ多帧模式进行数据收集。利用Relion1.4按照常规数据处理流程得到了两类结构Class1和Class2，分辨率分别是7.7(A)和8.8(A)。此后我们对数据处理方式做了改进，包括图像漂移校正方式和三维分类方式，重新处理数据后两类结构Class1和Class2的分辨率分别为4.9(A)和7.7(A);再分别对这两类结构的核心区（通道结构域和中央结构域）进行局部修正，结果其核心区的分辨率分别为4.2(A)和4.9(A)。两类结果最大的差别在于，Class1电镜密度图的通道里多了一部分密度，位于选择性滤器和“门”之间，推测可能是钌红的密度。于是我们认为Class1是稳定的钙离子激活的兔源RyR1开放态，Class2可能是关闭态和开放态之间的一个中间态。根据此近原子分辨率的开放态的电镜密度，我们进行了原位建模。\n 通过将我们解析出的钙离子激活的兔源RyR1开放态与已报道的分辨率为3.8(A)的兔源RyR1关闭态结构进行结构比较和分析，我们得出了受钙离子激活后，RyR1的长程变构、通道开放以及通道离子选择性的分子机制。\n 在关闭状态下，RyR1的通道被四个亚单位上的I1e4937氨基酸组成的疏水门限制住。而在钙离子激活状态下，钙离子结合到中央结构域的EF hand上引起其构象变化，此构象变化通过长程变构机制传递到与其有相互作用的结构域并最终通过CTD结构域和VSD结构域传至通道结构域的S6螺旋处，导致其向外扩张通道开放。另外通过对选择性滤器的分析，发现这部分结构灵活性很强，受钙离子激活后孔径扩张;再结合其对应一级序列多为带负电氨基酸的特点，于是我们推测其是通过静电相互作用选择阳离子，这很好地解释了RyR1通道对一价和二价阳离子选择的广谱性。\n 综上，本文利用冷冻电镜单颗粒分析技术解析了钙离子激活的兔源RyR1开放态的高分辨率结构，并提出了钙离子激活条件下RyR1在长程变构、通道开放以及离子选择方面的分子机制。

关键词：冷冻电镜单颗粒分析钙离子激活离子选择跨膜结构域

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低温电子显微技术在膜蛋白结构研究中的应用和展望

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生命科学 2011年第11期23卷 1130-1139页

作者：孙飞王雪中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室北京100101

介绍了蛋白质电子晶体学和单颗粒分析技术这两种低温电子显微技术在膜蛋白和膜蛋白复合体结构研究中的具体方法和近10~20年来的实际应用,并分别分析了这两种方法的优势和瓶颈。此外,还介绍了Amphipol替代、Streptavidin二维晶体锚定脂... 详细信息

介绍了蛋白质电子晶体学和单颗粒分析技术这两种低温电子显微技术在膜蛋白和膜蛋白复合体结构研究中的具体方法和近10~20年来的实际应用,并分别分析了这两种方法的优势和瓶颈。此外,还介绍了Amphipol替代、Streptavidin二维晶体锚定脂质体和纳米球包被脂质体等近两年来出现的新的用于低温电镜成像的膜蛋白样品制备方法。最后对膜蛋白的低温电子显微研究的未来发展做了展望。

关键词：膜蛋白低温电子显微技术电子晶体学单颗粒分析电镜样品制备

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冷冻电镜在分子生物物理学中的技术革命

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物理 2017年第2期46卷 76-83页

作者：朱亚南张书文毛有东北京大学物理学院北京大学定量生物中心北京100871

冷冻电镜已经成为了一项应用越来越广泛的生物物理学技术。特别是近些年来,由于最新的信号探测器的应用,以及单颗粒三维重建算法的革新和不断改进,冷冻电镜技术取得了飞跃式的发展。通过该技术解析得到的生物大分子结构可以在单分子条... 详细信息

冷冻电镜已经成为了一项应用越来越广泛的生物物理学技术。特别是近些年来,由于最新的信号探测器的应用,以及单颗粒三维重建算法的革新和不断改进,冷冻电镜技术取得了飞跃式的发展。通过该技术解析得到的生物大分子结构可以在单分子条件下达到近原子分辨率(<4?)水平。随着越来越多具有重要生物医学功能的蛋白质及其复合体的高分辨结构被解析出来,冷冻电镜技术正在逐渐引发一场结构生物学革命,并引起全世界的关注。在该文中,作者重点介绍了冷冻电镜及单颗粒分析技术的发展历程,并以炎症复合体和剪接体为例,介绍一些最新的研究进展。

关键词：冷冻电镜单颗粒分析生物物理结构生物学

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基于暗场散射成像的miRNA、PARP-1活性检测方法研究

基于暗场散射成像的miRNA、PARP-1活性检测方法研究

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作者：张多多东南大学

学位级别：博士

局域表面等离子体共振（LSPR）技术可实现单颗粒暗场散射成像,具有时空分辨率高、背景干扰少、光信号稳定、免标记等众多优势,因此成为高灵敏检测癌症标志物和原位成像细胞内活性分子的新方法和新手段。金、银等贵金属纳米颗粒因具备独... 详细信息

局域表面等离子体共振（LSPR）技术可实现单颗粒暗场散射成像,具有时空分辨率高、背景干扰少、光信号稳定、免标记等众多优势,因此成为高灵敏检测癌症标志物和原位成像细胞内活性分子的新方法和新手段。金、银等贵金属纳米颗粒因具备独特的LSPR光学性质,已成为理想的等离子体探针,可通过改变纳米粒子的尺寸、形貌、成分组成和局部折射率来调控其等离子体共振吸收带。此外,金属纳米颗粒具有良好的生物相容性,表面易被寡核苷酸、酶、抗体、链霉亲和素、生物素等分子功能化,已广泛用于生物传感与成像。但是,单一金属等离子体探针产生的散射光谱位移较小,而纳米复合结构包括核-卫星结构、银包金纳米棒等,在组装之后产生强烈的等离子耦合效应,可以呈现出显著的颜色变化和散射光谱峰位移,极大地提高了信噪比和检测灵敏度,为构建细胞层面的生物分子检测传感器提供了可行性。本论文设计构建了几种免标记等离子体探针,通过增强LSPR散射信号,对聚ADP核糖聚合酶-1（PARP-1）这一癌症相关酶进行细胞外单颗粒分析以及细胞内原位成像;通过分别成像细胞内PRAP-1和H2O2,提高癌症诊断的准确性;通过多功能探针同时检测micro RNA-21（mi RNA-21）和caspase-3,并进行化疗药物递送及治疗监测。具体内容如下:（1）基于暗场显微镜（DFM）建立了一种光谱分辨单粒子（SPD）检测法,可高灵敏定量检测PARP-1活性,以及原位成像活细胞内PARP-1。首先将表面修饰有活性双链DNA的直径为50 nm的金纳米粒子(Au50-ds DNA)作为散射探针,PARP-1被ds DNA激活后,会将底物烟酰胺二核苷酸（NAD+）裂解为烟酰胺和ADP核糖,再在靶蛋白上反复催化,形成聚ADP核糖聚合物（PAR）。PAR具有丰富的负电荷,可以诱导正电的金纳米粒子（Au8）静电吸附到Au50表面,金纳米粒子之间距离拉近会改变Au50的局部介电环境,因此随着PARP-1浓度增加,探针LSPR散射光谱和散射光颜色发生显著变化,基于此可实现PARP-1的单粒子检测,检测范围为0.2-10 m U。此外,通过活细胞内PARP-1原位成像可区分癌细胞和正常细胞,与已报道的PARP-1荧光成像方法相比,该单颗粒成像策略无需复杂标记,且具备高信噪比,为临床癌症的早期诊断和PARP-1抑制剂研究打开了思路。（2）将表面包银的金纳米棒（Au@Ag NRs）作为等离子体探针,利用暗场显微镜对活细胞内PARP-1和H2O2进行分别成像。一方面,由于癌细胞内H2O2水平高,银壳会被氧化,使得单个Au@Ag NR探针的散射颜色从绿色变为橙色,其LSPR散射峰也发生显著红移,据此可以区分肿瘤细胞和正常细胞。此外,银壳被氧化后释放的银离子可诱导癌细胞发生凋亡。另一方面,修饰有活性ds DNA的Au@Ag NRs（Au@Ag NRs-ds DNA）可用于癌细胞内PARP-1成像,以及比色法或暗场散射法定量检测细胞外PARP-1活性。检测原理如下,NAD+在PARP-1的催化作用下聚合,形成超支化聚合物PAR,该超支化结构可以阻止H2O2刻蚀Au@Ag NRs表面的银壳。随着PARP-1浓度增加,Au@Ag NRs的紫外吸收峰发生蓝移,肉眼可观察到溶液颜色从淡粉色变为绿色;而在DFM下,Au@Ag NRs的散射光会从红色变为绿色,根据LSPR峰蓝移程度对PARP-1进行单颗粒定量分析。本文提出的单颗粒成像策略可分别用于细胞内PARP-1和H2O2成像,提高了癌症诊断的准确性,在生物传感和癌症诊断领域显示出良好的应用前景。（3）用多功能等离子体核-卫星结构（CS）纳米探针装载抗癌药物阿霉素（Dox）,实现了mi RNA-21的超灵敏检测和靶向癌细胞的药物释放,并评估其治疗效果。首先将均匀分散的Au50作为核,直径13 nm的金纳米粒子(Au13)作为卫星,利用DNA杂交后形成的富含GC碱基的DNA双链将Au50和Au13组装成CS纳米探针。然后将治疗药物Dox特异性地插入GC碱基,装载到核-卫星结构中。当目标物mi RNA-21存在时,与连接核-卫星结构的L-DNA互补杂交,引起CS纳米结构解体,产生LSPR位移变化。在暗场显微镜下,随着mi RNA-21浓度的增加,CS纳米探针的散射光谱峰发生更明显的蓝移,散射颜色由橙色变为绿色。基于散射光谱峰位移的变化实现单粒子检测mi RNA-21,检测范围为0.01-1000 f M。通过活细胞内mi RNA-21原位成像可以区分癌细胞和正常细胞。此外,CS纳米结构的解体促进抗癌药物Dox释放,诱导细胞发生凋亡,激活参与细胞凋亡的caspase-3。caspase-3又特异性识别并剪切连接在金纳米粒子上的DEVD多肽,释放荧光基团FAM。根据荧光恢复情况检测细胞外caspase-3

关键词：暗场散射成像癌症标志物局域表面等离子体共振金属纳米粒子单颗粒分析

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纳米流式检测技术在单个细胞外囊泡多参数定量表征中的应用

纳米流式检测技术在单个细胞外囊泡多参数定量表征中的应用

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作者：田野厦门大学

学位级别：博士

细胞外囊泡(extracellularvesicles,EVs)是细胞在生命活动中释放到胞外空间的一种具有生物膜结构的纳米尺寸的囊泡,广泛存在于细胞培养上清和血液、尿液、乳汁等体液中。EVs通过包裹和运输亲本细胞的蛋白质、脂质、核酸和其它生物分子,... 详细信息

细胞外囊泡(extracellularvesicles,EVs)是细胞在生命活动中释放到胞外空间的一种具有生物膜结构的纳米尺寸的囊泡,广泛存在于细胞培养上清和血液、尿液、乳汁等体液中。EVs通过包裹和运输亲本细胞的蛋白质、脂质、核酸和其它生物分子,调控和影响着受体细胞的表型和功能,主要负责细胞间的物质和信息传递。EVs参与抗原呈递、血管新生、肿瘤生长与转移等生理、病理过程,在疾病诊断和治疗中显示出巨大的应用前景。EVs不仅粒径微小、携载的蛋白、核酸等“货物分子”含量极低,而且因来源细胞、细胞状态以及分泌途径的不同使其在尺寸和内含物等方面存在高度的个体差异性和多样性,如何在单颗粒水平对EVs进行物理和生化性质的同时精准测量是一个亟需解决的科学难题。电子显微镜等依赖于显微成像的技术虽可直观地对EVs的形态、粒径等物理性质进行表征,但是存在样品制备繁琐、分析速度慢等不足。纳米颗粒跟踪分析技术和可调电阻脉冲传感技术常被应用于EVs粒径和浓度的快速测定,但分辨率低且难以实现EVs生化性质的测定。传统的生物化学分析检测方法如蛋白质免疫印迹法(westernblotting,WB)、酶联免疫吸附测定法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)和 PCR 扩增法等均是对众多EVs的集权平均分析,无法揭示EVs的个体异质性。流式细胞术是一种通过散射和多色荧光信号对悬液中的细胞或细胞大小的颗粒在单颗粒水平高通量、多参数的检测技术,散射光可以揭示细胞或颗粒的粒径以及材质的疏密程度,多色荧光标记可以实现细胞内基因表达、特异性蛋白表达、酶活、离子浓度等生化性状的测定。然而,由于灵敏度的限制,传统的流式细胞仪难以检测粒径小于300～500 nm的EVs。结合瑞利散射和鞘流单分子荧光检测技术,本课题组首创性地研制成功国际上最灵敏的纳米流式检测装置(nano-flow cytometer,nFCM),将病毒、二氧化硅纳米颗粒和纳米金颗粒的单颗粒散射检测下限分别推进到前所未有的27nm、24nm和7nm,较传统流式细胞术的散射检测灵敏度提升了 4-6个数量级。基于nFCM高灵敏、多参数检测的特性,本论文发展了一种在单颗粒水平对EVs进行快速检测的分析方法,实现了对粒径低至40 nm的EVs的多参数定量表征。纳米流式检测技术使得研究人员可以像传统流式细胞仪分析细胞那样对EVs进行分析表征。本论文主要包括以下内容:第一章为文献综述。主要介绍了 EVs的主要功能和重要应用以及EVs的表征技术,并阐述了本论文的选题思路和研究内容。第二章为细胞外囊泡的无标记散射光分析方法的构建。基于Triton X-100表面活性剂可对脂膜结构的囊泡进行裂解,而蛋白等颗粒则不会受到影响的特点,利用nFCM通过单颗粒计数测定EVs样本裂解前后的颗粒浓度,建立了 EVs样本纯度的定量表征方法。选用一系列粒径已知、单分散性良好的二氧化硅纳米颗粒(silica nanoparticles,SiNPs)建立颗粒的散射光强度与粒径的标准工作曲线,并结合米氏散射理论对于因SiNPs和囊泡的折射率不同所引起的散射光强度的差异进行校正,实现EVs样本粒径分布的准确测定。nFCM的分析速率高达每分钟10,000个颗粒,仅需几分钟即可获得具有高度统计代表性的EVs粒径分布特征,分辨率和准确性媲美冷冻透射电镜。第三章为细胞外囊泡的散射光和荧光的多参数分析方法的构建。EVs运载有亲本细胞的脂质、核酸、蛋白和其他生物化学分子,在疾病诊断和治疗中具有极大的应用潜力。基于nFCM散射光和荧光同时检测的性能,结合荧光标记策略,可实现单个EVs的物理和生物化学性质的检测分析。磷脂双分子层膜是EVs的主要构成部分和共有的结构特征,采用脂膜标记策略,本论文测定了多种亲脂探针对EVs的标记效率;结合核酸染料标记,对单个EVs中核酸含量的分布进行了测定;利用点击化学和唾液酸糖代谢标记,实现了 EVs表面唾液酸糖的分析;结合免疫荧光标记,测定了表达特定一种或者两种表面蛋白的EVs 比率,并对单个EVs表面特定蛋白的拷贝数及其分布进行了测定。第四章为临床血液样本中细胞外囊泡多参数检测方法的构建。由于nFCM在样本检测过程中,样品流直径远小于激光光斑的直径,保证了颗粒在经过探测区时的检测效率接近100%。基于单颗粒计数和免疫荧光标记策略,实现了血浆中表达不同表面蛋白EVs的检测,并对其在血浆中的绝对浓度进行标定。通过对50μL血浆中CD147阳性EVs的颗粒浓度测定,建立了结直肠癌的早期诊断(P<0.001)和预后分析(P<0.05)的表征方法。所发展的分析方法将为EVs的基础研究和临床应用提供先进的技术手段。第五章为总结与展望。总结本论文的研究内容,并对后续可进一步开展的研究工作进行展望。

关键词：纳米流式检测技术细胞外囊泡单颗粒分析多参数表征癌症诊断

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药用小分子光稳定性的局域表面等离激元共振光散射成像研究

药用小分子光稳定性的局域表面等离激元共振光散射成像研究

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作者：李倩西南大学

学位级别：硕士

光稳定性是药物性能研究和药品质量控制中十分重要的指标,涉及到光-物质相互作用。很多药物在光照下不稳定,会发生一系列的光物理和光化学反应,进而影响药物性能和药品质量。药品在生产、经营、储存、使用过程中均难以避免光照,因此研... 详细信息

光稳定性是药物性能研究和药品质量控制中十分重要的指标,涉及到光-物质相互作用。很多药物在光照下不稳定,会发生一系列的光物理和光化学反应,进而影响药物性能和药品质量。药品在生产、经营、储存、使用过程中均难以避免光照,因此研究药物/药品的光稳定性对药物性能调控和药品储存具有重要意义。随着纳米科技的发展,许多物质的光物理化学反应得到了更加精细的研究,但是对于药物小分子的光物理化学反应过程的实时研究依然在起步阶段,为此本文引入纳米光学,探索有机小分子的光稳定问题,进而为有机小分子药物的光稳定调控和药品质量控制提供新思路。目前,通常采取测定药物小分子的色谱、光谱、质谱等对药物的光稳定性进行评价。在更为精细的水平,例如单颗粒水平上研究药物的光稳定性目前处于空白。在单颗粒水平上的研究通常是基于金属纳米颗粒独特的局域表面等离激元共振(Localized surface plasmon resonance,LSPR)现象。LSPR由纳米颗粒自身材质、形状大小、电子密度、所处环境折光指数及颗粒间的耦合等因素决定,因此可利用等离激元纳米颗粒的光学信号变化,研究其表面有机小分子的光学行为,为探索药物小分子光稳定性提供新思路。基于此,本文借助等离激元金属纳米探针,利用暗场显微成像(Dark-field microscopy,DFM)技术研究等离激元纳米颗粒与表面小分子相互作用。对等离激元纳米颗粒表面的药用小分子在特定条件下展现的物理化学反应过程进行实时监控研究,探索了金属纳米颗粒与药用小分子之间的光-物质相互作用,为药物的光学性质研究开辟新途径。本论文的研究内容、结果和结论如下:1.金纳米球的等离激元诱导藏红T固化沉积。选用药物藏红花中的组成成分藏红T(Safranine T,ST)作为研究对象,通过暗场显微成像系统结合光谱仪以及DFM-SEM的共定位技术,在单颗粒水平原位探究了ST在柠檬酸钠包被的金纳米球(Gold nanosphere,Au NSs)表面的固化沉积以及核壳结构的生长过程,进而探索ST在等离激元作用下的光稳定性。研究发现,柠檬酸钠包被的Au NSs通过静电吸引与正电荷ST小分子相互作用,在光照条件下,Au NSs的等离激元共振性质进一步诱导ST发生固化沉积,最终形成Au NS@ST核壳杂化纳米结构。借助表面电荷性质不同的金属纳米颗粒进行对比,证明静电吸引在ST固化沉积过程起着十分关键的作用;进一步借助非金属二氧化硅纳米颗粒与ST的作用,证明等离激元在此过程中的决定性作用。ST在Au NSs表面沉积固化是一个光物理过程,说明ST的光化学性质较稳定,而静电吸引和等离激元会影响ST的光物理性质。最后还利用该光物理过程进行了应用。***两面神纳米颗粒催化氨硼烷水解的电子转移成像分析。为进一步明确光照的作用机制,利用氨硼烷(Ammonia Borane,AB)作为研究对象,探究其在Cu Ag两面神纳米颗粒(Janus nanoparticles,JNPs)表面展现出来的光化学性质。气体辅助治疗作为一种新型治疗策略受到广泛关注,其中氢气因其具有较高的安全性已用于各种疾病治疗,而AB由于其高储氢性而被用作氢气治疗的前药,在温和条件下通过合适的催化剂可产生氢气,进而实现治疗。由于光与Cu Ag JNPs相互作用产生的等离激元可促进热电子生产,诱导AB发生水解反应进而产生氢气。本文在暗场显微系统下,借助Cu Ag JNPs在光催化AB水解产生氢气的反应过程中LSPR光学性质的变化,探究AB光化学反应的微观机理。研究发现,Cu Ag JNPs展现出分别来自于Cu和Ag的双散射峰。为此,根据连续LSPR散射光谱以及微观电子计数的理论规律,计算了AB水解反应过程中单个Cu Ag JNP内部Cu区与Ag区的相对电子密度和电子得失速率,获取了Cu Ag JNPs催化AB水解过程的电子转移路径,为氢气进一步的光控治疗提供了新的思路,同时也为设计高效的AB水解催化剂提供了思路。综上所述,本文围绕光、金属纳米颗粒、小分子之间的相互作用,利用等离激元纳米颗粒的散射信号,在单颗粒水平上对等离激元诱导药物相关小分子的光物理化学过程进行了实时成像分析。金属纳米颗粒一方面充当了等离激元促进反应的角色,同时也是有机小分子性质研究的光谱探针。深入探讨等离激元诱导小分子ST的固化沉积和AB水解产氢机制,对等离激元的光浓缩效应以及光生电子影响有机小分子的物理化学性质的研究具有重要意义,同时也是一个探索有机小分子药物光稳定性的新思路。

关键词：暗场显微成像局域表面等离激元共振单颗粒分析药物小分子

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一次生物气溶胶形貌特征、组分及吸湿性研究

一次生物气溶胶形貌特征、组分及吸湿性研究

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作者：贾嘉华北水利水电大学

学位级别：硕士

一次生物气溶胶颗粒(PBAPs)由于气候效应和人体健康效应引起了人们的广泛关注,花粉气溶胶是一次生物气溶胶的重要组成部分,植物花粉颗粒会释放出亚花粉颗粒有助于气溶胶的形成。目前对中国北方森林大气中一次生物气溶胶的单颗粒研究和... 详细信息

一次生物气溶胶颗粒(PBAPs)由于气候效应和人体健康效应引起了人们的广泛关注,花粉气溶胶是一次生物气溶胶的重要组成部分,植物花粉颗粒会释放出亚花粉颗粒有助于气溶胶的形成。目前对中国北方森林大气中一次生物气溶胶的单颗粒研究和对花粉颗粒吸湿性的影响因素研究较少,因此对于一次生物气溶胶微观形貌、组成及吸湿性的综合性研究,尤其是花粉气溶胶的研究是非常必要的。本研究利用单颗粒采样法在我国小兴安岭针叶林中采集一次生物气溶胶颗粒,通过透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对其形貌、组分和混合状态进行了研究,通过气象条件对影响生物气溶胶排放的因素进行探讨,结果表明,棒状一次生物气溶胶含量最丰富,可能代表了细菌和真菌颗粒,磷元素是区分PBAPs和非PBAPs的主要标记物,相对湿度是增加夜间一次生物气溶胶排放的关键因素。借助实验室自主搭建的单颗粒吸湿性系统(IPH)对其进行吸湿性表征,研究发现一次生物气溶胶属于弱吸湿性气溶胶。此外,在杭州市内空气污染较低地区收集了7种花粉颗粒(悬铃木、山茶花、葎草、诸葛菜、锦带花、虞美人以及金鸡菊),使用扫描电子显微镜观察花粉颗粒物的微观形貌,并对花粉颗粒吸湿性进行表征。结果表明,花粉颗粒形状大多数呈长球形或不规则近球形花粉,表面带有不同种表面纹饰,大多数花粉颗粒有3条萌发孔;在花粉颗粒的吸湿性增长过程中,不仅花粉颗粒内部吸水膨胀导致花粉结构形貌改变,而且高湿度下在表面花粉孔处最先观察到水分吸收。不同种类的花粉吸湿增长特征各异,相对湿度为95%时的吸湿增长因子主要集中在1.05～1.14。花粉的形状指数(Shape,SH=P/E,P:极轴长度,E:赤道轴长度)是影响花粉吸湿性的因素之一,形状指数与花粉吸湿性呈负相关,P/E值越接近于1,表明花粉越接近球形,吸湿性越好。本研究还制备了7种花粉水提取液,其总溶解物质的比例在0.26到0.62之间,对花粉水提取液生成的气溶胶的吸湿性进行表征,相对湿度95%时的吸湿增长因子主要集中在1.03～1.49。然后利用离子色谱分析仪和紫外分光光度计等分析手段对花粉水提取液样品进行化学分析,测量水溶性无机离子含量和主要为蛋白质的有机物含量,探究花粉的化学组分对其吸湿性的影响。水溶性无机离子分析结果表明,花粉颗粒水提取液的总离子浓度为35.68～92.44μg/mg,主要含量为K、Ca、Cl和SO,K的相对含量最高,为29%～50%不等,浓度为16.25～41.49μg/mg不等,水溶性无机离子含量较高的花粉吸湿性相对较强,推测水溶性无机离子含量对花粉吸湿性有促进作用。蛋白质浓度含量分析结果表明,花粉水提取液的蛋白质浓度浓度含量在16.49～31.67μg/mg之间不等,蛋白质含量较高的花粉吸湿性较弱,推测蛋白质含量对花粉吸湿性有抑制作用。本研究为生物气溶胶进一步深入探究,尤其是花粉吸湿性能和影响因素的研究提供参考,对于理解生物气溶胶对环境和人体健康效应有着重要的科学意义。

关键词：生物气溶胶花粉气溶胶形貌特征单颗粒分析吸湿性

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人源α--2--巨球蛋白与细胞因子及受体复合物的冷冻电镜结构研究

人源α--2--巨球蛋白与细胞因子及受体复合物的冷冻电镜结构研究

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作者：李欣欣中国科学院大学

学位级别：硕士

α-2-巨球蛋白(α2M，分子量720KDa)是存在于人血液中重要的四聚体糖蛋白酶，在人体内执行许多重要功能，例如协助清除多余的小蛋白酶以抑制其活性，与各种细胞因子（TNF-α，IL-1β等）结合以调节体内细胞因子的活性和分布等。当α2M... 详细信息

α-2-巨球蛋白(α2M，分子量720KDa)是存在于人血液中重要的四聚体糖蛋白酶，在人体内执行许多重要功能，例如协助清除多余的小蛋白酶以抑制其活性，与各种细胞因子（TNF-α，IL-1β等）结合以调节体内细胞因子的活性和分布等。当α2M与底物（蛋白酶或细胞因子）结合时，暴露的受体结合域(RBD)使得α2M可以被存在于细胞膜上的受体LRP1（低密度脂蛋白受体相关蛋白1）识别并结合，将底物带入细胞并进行处理。如果α2M和LRP1在体内的功能失调，它将引起许多重要的疾病，例如阿尔茨海默氏病等。　　目前为止，关于α2M与细胞因子或其受体的复合物的结构还未知，α2M如何调节细胞因子活性以及α2M如何与其受体相互作用的机制仍不清楚。本课题通过冷冻电镜单颗粒分析技术解析了两种复合物的三维结构:(1)以人源TNF-α(53KDa)为代表的细胞因子和α2M形成的复合物，以及(2)α2M和LRP1的CR3-4-5结构域（～18KDa）形成的复合物。　　在本文中，我们首先通过二维电泳和负染色电镜观察检测到了胰蛋白酶处理的变构α2M与TNF-α的结合。同时，证明了用甲胺(MA)处理的变构α2M可以与在大肠杆菌中表达的LRP1的CR3-4-5结构域结合（CR3-4-5结构域是已确认与α2M直接相互作用的最小结构域）。在此基础上，分别制备了α2M-胰蛋白酶-TNF-α复合物以及α2M-MA-CR3-4-5复合物的冷冻样品，进行冷冻电镜数据收集并进行了单颗粒三维重构。　　我们解析了分辨率为6(A)的胰蛋白酶处理的α2M与TNF-α复合物（α2M-胰蛋白酶-TNF-α复合物）以及分辨率为4.8(A)的MA处理的α2M与LRP1受体CR3-4-5结构域复合物（α2M-MA-CR3-4-5复合物）的冷冻电镜三维结构。结果表明，胰蛋白酶处理的α2M与TNF-α复合物及其MA处理的α2M与LRP1受体CR3-4-5结构域复合物与课题组前期解析的被MA或胰蛋白酶处理后变构形成的α2M复合物（α2M-胰蛋白酶/α2M-MA）呈现出类似结构，但在这两个结构中没有对应于TNF-α或CR3-4-5的多余密度。分析表明，对于α2M-胰蛋白酶-TNF-α复合物样品，可能由于TNF-α与α2M的结合率或亲和力较低，样品中具有TNF-α强信号的有效颗粒偏少;而对于α2M-MA-CR3-4-5复合物，α2M的受体结合结构域(RBD)具有很高的柔性，由于CR3-4-5的分子量小，在结合RBD后不能起到稳定RBD的作用，影响CR3-4-5结构域的解析。为了进一步提高α2M与TNF-α之间的结合率，我们从以下两个方面优化了反应条件:(1)尝试了不同来源的TNF-α;(2)尝试加入Zn2+。结果表明，这两种方法对α2M与TNF-α的结合均有明显的增强作用。在后续研究中，我们还需要进一步优化反应条件以及用其他方法纯化复合物，以及进一步发展适用于解析具有高度柔性的复合物冷冻电镜结构的技术。　　综上所述，我们纯化并获得了α2M-胰蛋白酶-TNF-α复合物和α2M-MA-CR3-4-5(LRP1)复合物样品。通过冷冻样品的制备，数据收集和三维重构的过程，我们获得了分辨率分别为6(A)和4.8(A)的α2M-胰蛋白酶-TNF-α复合物和α2M-MA-CR3-4-5(LRP1)复合物的冷冻电镜三维结构。这两个复合物整体上呈现与变构后的α2M类似的结构。在后续研究中，我们需要进一步优化条件，以解析TNF-α以及CR3-4-5(LRP1)的密度。同时，我们也正在解析由α2M和其他细胞因子结合形成的复合物的三维结构。

关键词：复合物 α-2-巨球蛋白细胞因子冷冻电镜单颗粒分析三维结构

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交通环境大气PM2.5化学成分及健康风险研究

交通环境大气PM2.5化学成分及健康风险研究

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作者：郭曌霞山西大学

学位级别：硕士

随着机动车数量的快速增长,与交通有关的大气细颗粒物(PM2.5)已成为大气污染的重要组成部分,对城市灰霾的发生和人体健康的影响日益受到关注。本文通过研究山西省武乡县城和太原市区交通主干道旁大气PM2.5的化学成分、形貌特征及健康风... 详细信息

随着机动车数量的快速增长,与交通有关的大气细颗粒物(PM2.5)已成为大气污染的重要组成部分,对城市灰霾的发生和人体健康的影响日益受到关注。本文通过研究山西省武乡县城和太原市区交通主干道旁大气PM2.5的化学成分、形貌特征及健康风险,分析车流量、水平扩散距离和垂直高度对交通环境大气PM2.5浓度、化学组成以及重金属致癌、非致癌风险的影响,可为交通环境大气PM2.5的危害预防与控制提供理论依据,为城市道路设计和建筑规划提供参考。在武乡县城的采样时间分别为2014.10.20-11.19和2015.01.12-02.13,地点为武乡县环保局楼顶（S1,距离交通主干道30m）和气象局院内（S2,距离交通主干道1000m）;在太原市区的采样时间为2016.10.11-10.16,地点为南中环街山西大学蕴华庄小区（距离机动车道路30m）一楼（F1,距地面1.5m）、三楼（F3,距地面13m）和十六楼（F16,距地面58m）。使用滤过式中流量大气采样器和Dekati三级冲击式采样器采集大气PM2.5全样和单颗粒样品,应用离子色谱仪、碳分析仪、碳氮分析仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）分别测定PM2.5中的水溶性离子、有机碳（OC）、元素碳（EC）、总碳（TC）、总氮（TN）和金属元素等,应用电子探针微区分析技术（EPMA）进行单颗粒形貌和X射线能谱测量分析,利用美国环保署健康风险评价模型对大气PM2.5中的Cr、Cu、Pb、Zn进行非致癌健康风险评价,对As、Cd、Ni、Cr进行致癌健康风险评价。结果表明:（1）武乡县城S1采样点大气PM2.5浓度,PM2.5样品中NO3-、Na+、Ca2+、Mg2+、OC、EC、一次有机碳（POC）、金属的浓度及[NO3-]/[SO42-]比值均高于S2。（2）太原市区交通道路旁PM2.5浓度、PM2.5中[NO3-]/[SO42-]的平均比值表现为F32.5浓度比太原市低60%左右,车流量与大气PM2.5浓度以及大气PM2.5中NO3-、Cl-、EC、OC、Cu、Zn浓度显著相关。（4）武乡县城大气PM2.5中重金属致癌和非致癌风险均在可接受范围内,但S1的风险值普遍大于S2,太原市大气PM2.5中重金属的健康风险值随着垂直高度的增加呈下降趋势。以上结果说明交通道路旁不同水平距离和垂直高度会对所采集大气PM2.5的浓度、成分和健康风险产生影响。总体而言,距道路较近的地方更易受到机动车尾气和非尾气颗粒物的影响;垂直方向上大气PM2.5浓度呈先降低后升高趋势,但其中重金属的健康风险却随高度的增加而减小,提示在注意交通源大气PM2.5浓度升高所造成污染的同时,还应关注其中的化学成分。

关键词：交通环境大气PM2.5 全样分析单颗粒分析健康风险

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一种冷冻电镜三维重构算法的研究和实现

一种冷冻电镜三维重构算法的研究和实现

引用

作者：陈汝丹华中科技大学

学位级别：硕士

冷冻电镜技术是结构生物学领域一项重要的技术,近几年由于它能够获得近原子分辨率的生物大分子结构,开始被大力发展,其中由于单颗粒分析技术理论上能达到原子分辨率,得到了许多有效成果。而如何获取单个生物大分子颗粒的投影方向则是单... 详细信息

冷冻电镜技术是结构生物学领域一项重要的技术,近几年由于它能够获得近原子分辨率的生物大分子结构,开始被大力发展,其中由于单颗粒分析技术理论上能达到原子分辨率,得到了许多有效成果。而如何获取单个生物大分子颗粒的投影方向则是单颗粒分析中最关键的问题。本文基于对每一个颗粒提供一些可能的投影方向的思路,围绕着单颗粒分析的二维聚类、三维重构等问题结合几种机器学习算法展开了一系列研究。本文首先基于自编码神经网络先对颗粒数据进行降维,然后在低维空间中对颗粒进行聚类,快速的得到了二维聚类后的类平均图。通过初始模型得到投影图,建立投影图和平均图之间的关系,基于K近邻算法快速且准确的找到与某个平均图相似的若干投影图,得到颗粒的若干个候选角度。然后基于迭代的方式在这些候选角度周围进行局部搜索,最终得到颗粒的真实投影角度,并得到蛋白质三维结构。本文为了测试各个模块的实验效果,首先分析了二维聚类算法的结果,并且证明了KD树算法找到的候选角度确实分布在真实角度周围,最后基于Beta-galactosidase和Trpv1两套蛋白质数据,给出了局部搜索结果和蛋白质三维结构,实验结果显示,本文的方法不仅在分辨率的数值和曲线图上要优于现有算法,而且在重构速度上与现有软件相比分别提升了58.3%和35.7%,此外,通过分析结构的细节,也能证明本文的方法可以得到清晰的三维结构。

关键词：冷冻电镜单颗粒分析自编码神经网络 K近邻

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