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细菌DNA硫化修饰研究新进展
上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室吴更教授与武汉大学王连荣、陈实教授团队合作,揭示了细菌DNA硫化修饰中催化第一步反应的半胱氨酸脱硫酶发生构象变化,使其活性位点半胱氨酸朝向底物半胱氨酸移动5.5埃以发起攻击的催化机制。最新研究成果以“Structural Analysis of an L-Cysteine Desulfurase from an Ssp DNA Phosphorothioation System”为题发表在《mBio》杂志上。刘立琼等为第一作者,吴更、王连荣为通讯作者,上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室为第一单位。本文是团队自2018年Nature Communications上发表的细菌采用SBD结构域识别硫化修饰DNA的结构机理及2020年Nature Microbiology上发表的II型DNA硫化修饰系统的SspB、SspE晶体结构的延续和扩展。 在细菌的DNA硫化修饰(不管是早先发现的Dnd修饰系统还是新近发现的Ssp修饰系统)途径中,都由一个半胱氨酸脱硫酶催化第一步的反应,即半胱氨酸脱硫酶的活性位点半胱氨酸对底物半胱氨酸上的硫原子发起亲核攻击反应,将活化的硫原子转移到半胱氨酸脱硫酶的活性位点半胱氨酸上,以进行后续的将硫原子加进DNA的反应。2020年4月初团队在Nature Microbiology上发表的文章“SspABCD-SspE is a phosphorothioation-sensing bacterial defense system with broad antiphage activities”,从探索海洋弧菌的高频单链磷硫酰化修饰入手,通过比较基因组学和分子遗传学手段,鉴定出以SspABCD为修饰元、SspE为限制元的单链磷硫酰化限制-修饰系统。该系统与之前发现的磷硫酰化(以DndABCDE为修饰元以产生双链DNA磷硫酰化、DndFGH为限制元)的Dnd系统均迥然不同,并首次阐明了细菌磷硫酰化限制-修饰系统赋予宿主抑制噬菌体入侵的能力。同时,通过结构生物学和生物化学手段,解析了SspB蛋白的晶体结构,揭示其两个保守motif的关键残基对其DNA缺刻酶活性非常重要;解析了SspE蛋白的晶体结构,发现其N端结构域有依赖于DNA磷硫酰化修饰的NTP水解酶活性,而其C端结构域有DNA缺刻酶活性,从而阐明了该系统DNA磷硫酰化修饰与限制两部分功能耦合的分子机理。研究还发现SspABCD作为修饰蛋白在宿主基因组DNA上产生磷硫酰化修饰,SspE作为限制元能够感应基因组DNA上的磷硫酰化修饰从而区别宿主自身与外源的遗传物质,并利用其核酸酶活性对入侵噬菌体的DNA进行大范围的缺刻,从而抑制噬菌体DNA的复制。 本研究解析了新发现的II型DNA硫化修饰系统中的半胱氨酸脱硫酶SspA(来源于弧菌)与底物半胱氨酸的复合物晶体结构,分辨率为1.8埃。结构揭示SspA通过其天冬酰胺N150和精氨酸R340残基来识别底物半胱氨酸,如果将这两个残基突变则会严重破坏细菌的DNA硫化修饰。在结构中,SspA的活性位点半胱氨酸C314与底物半胱氨酸的距离长达8.9埃,这就产生了一个有趣的问题——SspA是怎么催化脱硫反应的?通过计算机分子动力学模拟,作者发现SspA的活性位点半胱氨酸C314在催化过程中向底物半胱氨酸移动了5.5埃,从而把它们之间的距离缩短到便于发生反应的范围内。本研究通过简正模式分析,发现弧菌的SspA、大肠杆菌的IscS、链霉菌的DndA(这两个都是I型DNA硫化修饰系统的)的活性位点半胱氨酸虽然处在不同的相对位置和不同的二级结构上,但都有着向各自的底物半胱氨酸的运动。 本研究进一步通过在上海光源BL19U2生物小角X射线散射(简称SAXS)线站收集的数据,从头搭建了SspA在溶液中结构的分子模型。发现SspA在溶液中的结构与分子动力学模拟后SspA的结构更为接近,它们之间的SAXS数据的χ2偏差只有1.04埃,远低于从SspA的晶体结构推算出的SAXS数据之间的χ2偏差3.70埃。这从实验上证实了前述的计算机分子动力学模拟和简正模式分析的结果。 弧菌SspA的活性位点半胱氨酸在催化过程中,活性位点半胱氨酸朝向底物半胱氨酸移动了5.5埃的距离 (A)分子动力学模拟  (B)简正模式分析   (C)小角X射线散射实验数据与晶体结构经过分子动力学模拟后的结果和晶体结构的比较   本研究通过X射线晶体结构解析、分子动力学模拟、小角X射线散射等多种研究手段的结合,揭示了细菌DNA硫化修饰这一神奇现象中催化关键的第一步半胱氨酸底物脱硫反应的酶的催化机理,解答了半胱氨酸脱硫酶家族是如何克服活性位点半胱氨酸与底物半胱氨酸之间很长的距离这一长期悬而未决的问题,使人们对于细菌DNA硫化修饰的认识和理解又前进了一步。该研究获国家自然科学基金(31872627、31670106)的支持。​​​​
上海交通大学 2021-04-11
锂离子电池电极材料
锂离子电池负极材料主要包括天然石墨、人造石墨、焦碳和碳纤维等。作为电极材 料的活性物质,对碳材料的要求有许多方面:如放电比容量、颗粒大小和比表面积、电 极极化性能、充放电稳定性等。目前国内外有许多研究单位在探索新的制备工艺来改善 电极性能。 采用常压干燥技术,成功地制备了碳气凝胶材料,通过控制制备条件,实现了碳气 凝胶材料微结构人为裁剪与控制。这些新型储能器件具有重量轻、体能密度高、无污染 等优点,是新一代绿色能源材料。多孔碳电极用于锂电池将优于枝晶锂电池,传统的电 极充电时枝晶会在阴极上成核,当枝晶越过电极跨度时将造成短路,从而限制了充电次 数。用多孔碳做电极时,锂离子嵌在石墨结构中,防止了锂金属的沉积和枝晶的形成, 而丰富的孔洞可提高电极与电池溶液的接触面积。碳气凝胶是由间苯二酚和甲醛在碱性 催化剂作用下,通过溶胶-凝胶和炭化工艺制备而成的。通过控制水和催化剂的用量, 可以控制其孔洞结构和密度,它的干燥过程也正由管来的超临界干燥向常压干燥发展, 以便降低气制备成本,改善其性能,使其得到更广泛的应用。碳气凝胶也可能成为电池 材料的理想选择。 
同济大学 2021-04-11
多元复合稀土钨钼电极材料
北京工业大学 2021-04-14
钛基电催化电极技术
1、成果简介:(500字以内) 以钛金属为基体的带有电催化涂层的电极最初由H. Beer在1965年发明,被称为DSA®型RuO2-TiO2涂层阳极在意大利的Denora公司首先实现了工业化,商品名称为尺寸稳定阳极DSA® (Dimensionally Stable Anode)。DSA®阳极首先被用到氯碱工业,由于它的不溶性,氯过电
吉林大学 2021-04-14
高比电容NiO电极材料
本项目涉及一种高比电容NiO电极材料及制备方法,它具有介孔结构,以可溶性镍盐、表面活性剂和碱液为原料进行水热反应合成前驱体,前驱体焙烧,其中镍盐浓度0.05-2mol/L,表面活性剂浓度为1-20g/L,助表面活性剂与含镍盐溶液的体积比为0.1~0.8∶1,碱液与镍盐的摩尔质量比是1~3∶1。 本项目采用简单易行的水热反应,选择合适的表面活性剂,通过调节添加剂的用量、水热反应时间、热处理温度和时间等一系列实验参数,制备得到高比电容、循环性能优异的纳米NiO。 该材料具有
南开大学 2021-04-14
Dry干电极脑电系统
产品详细介绍Dry干电极脑电系统ErgoLAB可穿戴干电极脑电系统是基于人体工程学设计具有高可靠性的脑电测量系统,通过干电极脑电传感器,用于情绪和认知状态评估。在2.5分钟以内即可完成系统配置并开始实验。轻型可穿戴系统,用于实时监测脑电图,在自然条件和真实应用中具有最大的舒适度和最小的侵入性。通过简单的定位,它可以在最佳位置以高可靠性记录干电极EEG通道,以便对情绪和认知行为(前额叶,额叶,顶叶,颞叶和枕叶皮层)进行基本评估。情绪和认知行为的评估ErgoLAB可穿戴干电极脑电系统的干电极EEG传感器放置在前额叶,额叶,顶叶,颞叶和枕叶皮层的对称位置,处于优化位置,有利于评估情绪和认知行为。例如,使用ErgoLAB Dry EEG System,可以获得α(情绪)中的额叶和顶叶不对称性,视觉P300和错配负性N400(认知过程),正面的功率比θ/β(记忆)等。自然行为研究ErgoLAB可穿戴干电极脑电系统的一个关键特征是它可以帮助用户在记录脑电图时获得自然和自发的行为。一方面,它采用简约,符合人体工程学的舒适设计,配有干电极EEG传感器,使用户佩戴该设备时感觉舒适并忘记他正在佩戴设备。另一方面,由于它是一种便携式设备,没有电缆并具有超过八小时的自主连续测试时间,因此可以在没有干预或研究人员密切关注的情况下实现最大的移动自由度。用户高度接受凭借以用户为中心的设计,ErgoLAB可穿戴干电极脑电系统是一种受到用户高度认可的设备。它是美学和科学技术的完美结合,具有最大的人体工程学设计,使其使用非常舒适,其传感器不需要在电极和皮肤之间施加电解物质,这消除了最终用户对凝胶的拒绝感(它消除了实验完成后清洗头部的需要)。干电极传感器干电极传感器采用特殊材料和制造技术,无需使用导电电解质即可降低接触阻抗和噪声。它们具有有源屏蔽,可最大限度地减少因运动或电磁干扰造成的伪影。设计有旋转结构,可以在头发上滑动,保证电极与皮肤的稳定接触,并具有自适应压力控制,确保用户舒适。ErgoLAB同步技术与集成该设备可与许多其他硬件技术相结合,以获得有关人类行为的更多信息(如生物传感器,眼动仪,人体定位技术,视频和音频记录等)。这种集成可以通过ErgoLAB同步平台完成,能够以极低的延迟保持最高级别的同步,并且无需参与者携带笔记本电脑。ErgoLAB人机环境多模态数据同步采集分析平台,简单,灵活,可靠神经科学研究,整合了30多个互补技术。您可以根据自己的需要配置和自定义的软件功能。从基本模块开始,您可以选择更多超过30种可用于集成的技术。这样你就可以使用单一工具管理所有技术,甚至扩展它们的未来应用领域。ErgoLAB同步平台该设备可用于ErgoLAB人机环境数据模块化平台,用于心理与行为、脑与认知神经科学,人因工程与工效学,健康或神经营销的研究应用。这些平台允许与其他技术同时录制并自主执行分析或使用ErgoLAB的自动分析。此外,对于任何特殊要求,ErgoLAB都有定制的适应服务。与广泛的数据同步通过ErgoLAB云平台将脑电数据与广泛的数据同步,包括常用的生理数据GSR皮肤电,呼吸和心率等、EEG脑电,眼动、fNIRS近红外脑成像,人体动作,行为观察、面部表情、生物力学、人机交互。实现极低延迟的同步水平同时确保您的整体方案的便携性。Pro Glasses 2 提供了独有的硬件同步能力,无需携带沉重的笔记本电脑。数据分析模块如果研究人员希望得到比实时观察更深入、全面的结论, ErgoLAB可提供数据后期分析的强大工具。该软件为可穿戴式眼动追踪研究而设计,功能包括数据的叠加、诠释和可视化等。
北京津发科技股份有限公司 2021-08-23
双盐桥饱和甘汞电极
产品详细介绍本电极是PH电极,离子计等分析仪器上起参比作用的测量元件,它与各种指示电极组成电池,可测量水溶液中各种离子浓度,并可进行电位滴定分析。技术指标:    
上海越磁电子科技有限公司 2021-08-23
一种复合透明电极及包含此电极的有机太阳能电池
本发明公开了一种以超薄铝膜修饰的 AZO 复合透明电极及以此 透明电极制备的有机太阳能电池。在高真空下,采用薄膜沉积技术在 AZO 基底上沉积一层超薄铝膜,以此调节 AZO 导电玻璃的功函数, 使其成为收集电子的阴极。其中所述超薄铝膜的厚度大约在 0.5~5nm 之间。本发明使用 AZO 取代传统的导电玻璃 ITO,降低了器件的成本, 同时采用超薄铝膜电极修饰层,避免了使用复杂的电极修饰材料,工 艺相对简单,有利于实
华中科技大学 2021-04-14
低电阻高强度电极石墨
石墨电极在是冶金化工领域的大宗消耗材料,尤其是在钢铁冶金、铝电解、镁电解、多晶 硅、稀土冶金等高能耗产业,电极石墨的电阻率是影响产品能耗的关键因素之一,仅以镁电解 为例,以目前最大的430kA金属镁电解槽来计算,阳极石墨电阻率每降低1Ωμ. m,将使每吨镁 直流能耗下降375kWh,其节能效果十分明显。目前我国电极石墨的电阻率一般在8-12Ωμ. m, 国外最先进指标为5Ωμ. m,我国的产品与国外相比差距较大,是造成冶金行业高能耗的原因之 一。本课题组开发了新型电极石墨制造工艺与配方,产品电阻率已经达到5.02Ωμ. m,与国际最 好水平相当,对促进节能降耗具有重要价值。 该技术主要是优化了新型石墨配方与制备工艺,大大降低石墨电阻率,同时提高了石墨电 极强度,经过表面处理的石墨电极,抗氧化强度提高了188倍,大大延长石墨电极高温腐蚀条 件下的使用寿命。
华东理工大学 2021-04-11
液流电池用高性能电极
本成果针对全钒液流电池和铁铬液流电池,开发了一种高性能电极,可以实现高催化活性的同时,保持高稳定性,长期运行过程中性能无衰退。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 双碳背景下,以风能和太阳能为代表的可再生能源发电发展迅速。然而,可再生能源的间歇性、波动性等特征是其大规模应用的瓶颈。发展电网级的储能系统是解决这一问题的有效途径。在现有的大规模储能技术中,液流电池具有可扩展性好、效率高、安全好、寿命长、易回收等优点,颇具发展潜力。 目前液流电池由于电堆性能较差,功率密度较低,导致制造电堆所需核心材料用量较大,成本较高,限制了其推广应用。提高液流电池电极的催化活性是提升电池性能的关键。本成果针对全钒液流电池和铁铬液流电池,开发了一种高性能电极,可以实现高催化活性的同时,保持高稳定性,长期运行过程中性能无衰退。同时,该高性能电极的生产成本经核算,相较于传统电极未有明显提升。实验室测试数据表明,基于该400cm2高性能电极的全钒液流电池单电池,运行电流密度可达200mAcm2(基于传统电极的电池电流密度仅为120mAcm-2),能量效率超过80%,在1000次充放电循环测试过程中,电极性能无衰退。该成果将有助于液流电池电堆成本降低20-40%,对高性能液流电池的开发起到关键推动作用助力储能产业的发展。
西南交通大学 2022-09-13
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