二十面体病毒衣壳蛋白自组装结构的研究

皖西学院
化学化工文献信息检索
检
索
报
告
姓名：XX
学号：XXXXXX
班级：班
课题：二十面体病毒衣壳蛋白自组装结构的研究
1 指导老师
一、课题的背景和目的
病毒（virus)是由一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的非细胞形态的靠寄生生活的生命体。

病毒无细胞结构。

病毒是颗粒很小、以纳米为测量单位、结构简单、寄生性严格，以复制进行繁殖的一类非细胞型微生物。

病毒是比细菌还小、没有细胞结构、只能在细胞中增殖的微生物。

由蛋白质和核酸组成。

多数要用电子显微镜才能观察到。

衣壳（capsid）是病毒的蛋白质外壳，又称为壳体。

衣壳是由病毒衣壳蛋白亚基所形成的寡聚体。

衣壳的作用是用于包裹病毒的遗传物质（核酸）。

包在病毒核酸外的蛋白质外壳。

用电子显微镜可观察到它是由规则排列着的许多单元小粒子构成，这些小粒子是亚单位称为壳微粒
与病毒相比，壳微粒是单纯的蛋白质分子，有的是由本身数个结构单位聚集而成。

作为衣壳的基本形态，有的是壳微粒呈螺旋状排列的圆柱状（烟草花叶病毒等），有的是壳微粒排列成等轴形状的正二十面体（腺病毒等）。

衣壳是包围在病毒核酸外的一层蛋白质，是由一定数量的壳粒组成。

壳粒是衣壳的形态学亚单位。

由于病毒核酸的螺旋构形不同，衣壳的壳粒数量及排列方式也不同。

病毒衣壳的功能：
1、护病毒核酸，使之免遭环境中的核酸酶和其它理化因素破坏。

2、参与病毒的感染过程。

因病毒引起感染首先需要特异地吸附于易感细胞表面，而无包膜病毒是依靠衣壳吸附于细胞表面的。

3、具有良好的抗原性，诱发机体的体液免疫与细胞免疫，这些免疫应答不仅有免疫防御作用，而且可引起免疫病理损害，与病毒的致病有关。

由此可知，病毒与人们的生活是有着紧密联系的。

二、初步检索策略的分析
1）通过百度了解一下病毒、病毒衣壳蛋白的基本性质
首先通过百度用检索词“病毒”来检索有病毒的网页。

虽然检索结果很
多，但是有许多网页是与病毒相关的其他产品或软件的网页。

通过阅读和课题相符的网页，可以看到病毒的一些基本信息、发现历史、来源和危害等一系列的信息。

通过阅读这些网页，我了解到了病毒的基性质。

而在输入“病毒衣壳蛋白”该检索词后得到的却是关于衣壳的信息，后来改用“病毒衣壳”和“衣壳蛋白”为检索词，得到的大部分信息依旧是关于衣壳的信息。

2）中文检索词的分析
通过分析课题，首先可以确定第一个关键词为“病毒衣壳”，第二个关键词是“蛋白”而第三个关键词则是“自组装”。

三、初步的检索过程和结果
根据上面确定的检索策略进行中文文献的检索，然后通过阅读检索的中文文献，进一步调整检索的策略，从而确定最适宜的检索策略。

1、中国期刊网
检索年份：1915—2015
检索路径：高级检索
检索过程和结果：
2、万方数字化期刊
检索年份：1982—2015
检索路径：高级检索
检索过程和结果：
四、初步阅读文献，调整已有的检索策略
通过阅读相关的文献，对病毒衣壳、自组装的概念有了初步的了解，但是课题中的“二十面体”在检索中没有得到体现，使检索的范围过大，没有得到适合的检索信息。

虽然如此，也让我从各个方面了解到了病毒衣壳和生命科学之间的种种联系，进一步的扩大了自己的知识面。

例如，通过检索，我找到了本校常老师和钟老师以及刘同学对相应课题的研究文章，通过该文章，我了解到二十面体病毒衣壳结构蛋白具有不同的构象。

在装配过程中，正在附着的蛋白亚基构象与位置在先前蛋白亚基构象的指令下发生相应的调整后装配到衣壳骨架上。

局部相互作用指导下的装配反复进行，最终形成规整的二十面体病毒衣壳的立体结构。

此外，病毒是介于生命与非生命之间的一类无细胞结构的生物，绝大多数病毒的成熟颗粒是由核酸和蛋白质构成的传染因子。

一个简单的病毒粒子，实质上只是一团遗传物质( R N A 或 D NA) 和它外围的一层蛋白质外壳，这层蛋白质就是衣壳，具有保护病毒核酸的作用，也是病毒核酸由一个宿主细胞转移到另一个宿主细胞的工具。

结构比较复杂的病毒，则在衣壳外面还有一层( 几层) 富含脂质的外膜。

许多病毒晶体的结构蛋白根据物理学及几何学原理装配成规律性的几何堆积——对称的二十面体衣壳。

了解了以上的内容，需对检索策略进行适当的调整。

“病毒衣壳”这个词太宽泛，不够准确，使检索结果过于宽泛。

通过阅读文献可发现，可以将检索词“病毒衣壳”更换为“二十面体病毒”，从而缩小检索范围，找到适宜、贴近的检索结果。

根据调整后的检索路线，对文献进行二次检索，尽量找到与课题相符的检索结果
1、中国期刊网
检索年份：1915—2015
检索途径：高级检索
检索过程和结果：
2、万方数字化期刊
检索年份：1982—2015
检索路径：高级检索
检索过程和结果：
五、文献综述
二十面体病毒衣壳蛋白自组装结构的研究
病毒是介于生命与非生命之间的一类无细胞结构的生物，几乎所有的球状病毒衣壳都采用二十面体对称，在分子生物学和物质科学里，简单单元自发地自组装成有序的结构扮演了重要角色，病毒的自组装就是一个很好的实例。

一个简单的成熟病毒粒子, 实质上只是一团遗传物质( RNA 或DNA) 和它外围的一层蛋白质外壳构成, 这层蛋白质就是衣壳。

球形病毒由于具有5: 3: 2 对称性质而被称为二十面体病毒[ 1] , 二十面体病毒衣壳蛋白是最佳的蛋白质分子结构分析模型, 对其研究已经成为当今蛋白质科学的热点领域之一[ 2]。

研究表明, 对规整有序的、封闭的二十面体病毒衣壳结构的立体构筑是立体化学、几何学和结构分子生物学尚待解决的问题之一[ 3]。

针对结构蛋白具有构象的特点, 根据蛋
白亚基间的局部相互作用, 设计了相应的构象连接与增长方式, 以此规律模拟解决二十面体病毒衣壳结构的构筑问题。

1 蛋白亚基局部相互作用
1. 1 三角形剖分数T
为表明各种不同的二十面体病毒的壳粒总数与蛋白亚基总数之间的关系，并借以描述各种球形病毒的衣壳结构，将二十面体的每个等边三角形面划分成较小的单位等边三角形，其数目称三角形剖分数T，病毒的结构类型可以用T 值表示。

T = 3 芜菁黄花叶病毒共有180个蛋白亚基, 其中60个蛋白亚基形成12个五聚体壳粒分布在二十面体的顶点上, 另外120个蛋白亚基形成20个六聚体壳粒分布在二十面体的面与棱上。

1. 2 蛋白亚基局部构象相互作用原理
低温电子显微镜研究表明二十面体结构蛋白可能存在几种不同的构象[ 4, 5] , 如噬菌体P22 衣壳蛋白gp5 有7 种构象, 猴病毒SV40 的主要衣壳蛋白V P1 有 6 种构象等。

衣壳装配过程中, 通过蛋白亚基- 蛋白亚基的局部弱相互作用导致蛋白亚基构象间的特异识别及聚合, 这种构象间的特异识别及聚合形成了病毒衣壳自组装的驱动力, 并进而形成一个闭合的二十面体衣壳骨架。

若在蛋白亚基装配过程中有一次识别错误, 则形成衣壳不能闭合的螺旋状结构。

在装配过程中, 首先以一个蛋白亚基为局部环境的中心, 此后陆续进入该局部中心的蛋白亚基则在先前蛋白亚基的构象指令、规定下, 运动到正在构建中的衣壳骨架上相应的位置, 进行装配、排列, 其自身构象在先前蛋白亚基的作用下, 也发生相应的调整。

如此反复进行这种局部构象指导下的装配, 局部骨架不断增大, 最终形成高度有序的、规整的二十面体病毒衣壳的立体几何结构。

1. 3 局部相互作用的连接方式与增长方式
病毒衣壳局部相互作用的规则可以用几何图形形象地描述。

如下图2所示。

图2
图2表示个构象与其它构象类型可以具有三个局部相互作用。

图2( b) 、(c) 和( d) 分别是构象2、3和4 与周围最邻近亚基构象的连接方式, 它们壳粒间的构象连接可以选择不同的构象进行( 如1/ 3、4/ 2、3/ 4) 。

图2中四种连接方式按其构象指令可以进行交叉匹配, 从而使连接增长。

图 3 即为局部区域增长的情况, 当图3 的局部环境按同一规律不断增大, 最终将形成高度有序的、规整的二十面体病毒衣壳的立体几何构型。

图3
2 连接规则构筑二十面体病毒衣壳
白亚基决定的构象连接与增长规则, 对于不同三角剖分数T 的二十面体病毒衣壳, 都能够建立与之相匹配的局部相互作用, 并进而构筑成其衣壳骨架。

2. 1 T= 1 衣壳
T = 1 的二十面体病毒是最简单的球形病毒, 其等同的蛋白亚基只有一种构象, 亚基间的局部连接方式表示在图4( b) 中, 该连接表示了图4( a) 阴影中三个蛋白亚基间的局部相互作用, 20个这样的连接性聚合可以形成60个蛋白亚基的封闭衣壳[ 6]。

（a）（b）
图4
2. 2 T= 3 衣壳
T = 3 病毒衣壳的蛋白亚基在表面点阵上占据着三个不等价位置, 其中两个不等价位置上的蛋白亚基构象相同, 用图 5 中标记的 1 表示。

第三个不等价位置上的蛋白亚基的作用类型用 2 标记。

当蛋白亚基开始组装衣壳骨架时, 如果以含有 2 构象的蛋白亚基为装配起点, 经过蛋白亚基反复增长、并以图5( a) 的局部连接方式进行调整, 则T = 3 衣壳立体结构将最终形成。

（a）（b）
图5
2. 3 T= 4 衣壳
图2、3 即为局部相互作用的T = 4 病毒蛋白亚基的构象连接方式及增长规律。

蛋白亚基局部相互作用的连接,使得壳粒间除了有4- 4- 4构象形成的三重对称的三聚体,还有1- 2- 3构象形成的准三重对称的三聚体(图3)。

按照图2、3的亚基构象连接方式及增长规律模拟得到的T= 4的立体模型与实验结果基本一致[ 7]
2. 4 T= 7 衣壳
多瘤病毒( T= 7) 360个蛋白亚基VP1 共6个构象, 形成的全部是五聚体壳粒。

6个构象之间的连接如图7所示六种方式, 其中 C 代表亚基的羧基末端, C 所在的边表示五聚体壳粒内蛋白亚基间的局部相互作用, 双边代表在壳粒与壳
粒之间可以通过VP1长的、柔性的羧基末端臂而形成双连接相互作用[ 8]。

N代表了氨基末端, 所在的边表示壳粒间蛋亚基间的局部相互作用。

按照图7 所示构象间遵循的连接方式, 使其增长, 得到图8 的部分衣壳骨架。

图8 中实线分别将5个蛋白亚基连接起来, 全部为五聚体壳粒。

虚线表示壳粒间的相互作用。

这样的连接、增长方式不断进行, T= 7 衣壳立体结构将最终形成。

模拟构筑的结果与实验研究基本一致[ 9]。

图7 T = 7 多瘤病毒的构象连接方式示意图
图8 多瘤病毒局部连接的增长示意图
3 结论
在构象差异的基础上, 利用蛋白质—蛋白质之间的局部相互作用, 建立了T = 1, 3, 4, 7 二十面体病毒衣壳结构蛋白之间的连接方式, 分别给出了符合实验事实的T= 4 与T= 7 的立体衣壳模型。

在蛋白质相互作用基础上构筑二十面体病毒衣壳的结构模型, 可以计算蛋白质的作用能及相关作用参数, 为进一步
研究二十面体病毒衣壳装配的热力学和动力学课题提供立体结构与拓扑结构的模型支撑, 有关研究工作正在开展中。

参考文献：
[1] Szajner P, W eisber g A S, L ebow itz J, et al. Ex ternal scaf- fold of spherical
immature pox v irus part icles is made of pro tein t rimer s, for ming a ho ney co mb lattice[ J] . J Cell B-i pro teintrimer s, for ming a ho ney co mb lattice[ J] . J Cell B-i ol, 2005, 170(6) : 971- 981
[ 2] Z andi R, Schcot P , Reg uer a D, et al. Classical nucleatio n theor y o f vir us capsids [ J] . Biophys J, 2006, 90( 6) : 1939- 1948.
[ 3] Z andi R, R eguera D , Bruinsma R F . et al. Or igin of icosa-hedral symmetr y in vir uses [ J] . PN A S, 2004, 101 ( 44) :15556- 15560.
[ 4] J iang W , L i Z, Zhang Z, et al. Coat pro tein fold and matu-ration transitio n of bacteriophag e P22 seen at subnanome-ter r eso lutio ns[ J] . N ature Str uctural Biolo gy , 2003, 10( 2) :131—135
[ 5] H ag an M F, Chandler D. Dynamic pathway s fo r v ira l cap-sid assembly[ J] .
Biophys J, 2006, 91( 1) : 42- 54.
[ 6] B erger B, Shor P W , T ucker – K ellogg L, et a l. Local rule- based theory of vir us shell assembly[ J] . PN A S, 1994, 91(16): 7732- 7736.
[ 7] T human- Commike P A , Gr eene B, M alinski J A , et al.Role of the scao lding pr otein in P 22 pro capsid size determ-ination sug gested by T = 4 and T = 7procapsid struc-t ur es[ J] . Bio phys J. 1998, 74 ( 1) : 559- 568.
[8] 钟煜, 邱文元. 违背准等价原理的乳多空病毒衣壳结构特征 [ J] . 化学通报,
2005, 68( w 064) : 1- 7
[ 9] Li P P , N aknanishi A , T ran M A , et al. Import ance of VP 1 calcium- binding r esidues in assembly , cell ent ry, and nu-clear entry of simian v irus 40[ J] . J V iro l , 2003, 77( 13) : 7527- 7538.
六、结束语
以前对于什么是文献检索，我的理解就是输入词语，然后得出答案，同样的对于检索策略更是一无所知，竟然会惊奇检索竟然还有检索策略，也根本不知道所谓数据库还有什么执行的逻辑顺序，检索词也只是简单的一两个，检索结果可想而知，而检索的准确度也值得怀疑，最重要的事漏检的现象特别严重。

造成了自己在学习上、实验上都处于相当被动的状态。

在学习了《计算机信息检索》之后，我发现自己曾经是那么的无知，用个不恰当的比喻，学习《计算机信息检索》之前，我是一个幼稚的孩子，学完《计算机信息检索》之后，我是一个成熟的青年。

文献检索课程一方面让我打开了眼界，了解那么多数据库的用法，如果这些东西让我自己摸索，说不定要花上十几年的时间，或许都不会有结果，而该课程的开设真是让我受益匪浅。

同时文献检索课程也让我知道了文献检索策略的重要性，如果说文献检索可以比作通向成功彼岸的一只轮船，那么检索策略就是这只轮船的帆，是前进的动力和前进方向的保障。

我认为，开设文献检索这门课是必要的，它能够使我们掌握检索文献的本领，能够更好的为自己以后的实验、工作甚至方方面面的研究服务，使自己能更准确的检索自己课题的资料，从而避免漏检的情况出现，使实验、工作能够事半功倍。

最后，非常感谢老师对我们孜孜不倦的教导，虽然这门课开设的时间很短，只有仅仅一学期时间，但是就是这短短的一学期会使我们终身受益。

无论是在今后的论文中，还是在以后的工作中，它都将是我们突破困难，取得成功的一把利剑。

七、化学专业的网站和论坛。