膜蛋白研究的里程碑--2003年诺贝尔化学奖

2003年10月,诺贝尔化学奖颁给了两位生物学家,美国约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)医学院的Peter Agre和洛克菲勒大学(Rockefeller University)休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的Roderick Mackinnon,以表彰他们"在膜通道研究领域上的一系列开创性的工作".Agre的主要贡献是发现了细胞膜上水通道的存在;而Mackinnon的主要贡献则是通过解析钾离子通道的三维空间结构阐明了该离子通道的机制.     

生物启发的纳米水通道研究进展

美国科学家阿格雷(P.Agre)博士在1980年代发现了细胞膜上能让水分子高速通过却阻止质子通过的蛋白(aquaporin,生物水通道),他因此获得2003年度诺贝尔化学奖. 2001年,德国的格罗特(B.L.De Groot)和格伦穆勒(H.Grumuller)首先用分子动力学模拟了细胞膜水通道蛋白在水环境中的行为[1].他们看到,水在生物水通道内呈现出准一维水链结构,即水是排成一列,一个个通过生物水通道的.但生物水通道如何让水分子进出的具体机制仍然不能被完全理解.     

“科学可以成为走向政治和平的通途”——美国科学促进会主席彼得·阿格雷访谈录

位于马里兰州巴尔的摩市的约翰·霍普斯金大学内科医生、诺贝尔化学奖得主彼得·阿格雷(Peter Agre)从未对政治退避三舍:2007年曾一度参选美国参议员;2009年当选美国科学促进会(AAAS)主席,并与AAAS科学外交中心与美国最棘手的政敌打交道.不久前,远在赞比亚乡村抗击虐疾的阿格雷接受了<自然>杂志的电话采访,谈了关于他最近访问古巴和朝鲜的一些情况.     

机动车源对细颗粒物的贡献估算方法综述

近年来,随着机动车保有量的增加,机动车源成为导致大气颗粒物污染的主要源类之一.机动车源对大气细颗粒物(PM_(2.5))的浓度贡献,以及如何准确评估机动车源贡献是目前亟需解答的问题.本研究在调研已有文献研究的基础上,总结了目前机动车源贡献评估的主要方法,包括基于源清单信息的方法、受体模型法、化学传输模型法、混合源解析方法等,阐释了各种方法的原理与应用,评述了各种源解析方法的优势与存在的问题;此外,总结了国内不同城市(尤其是北京市)机动车源对细颗粒物的贡献,指出了定量机动车源贡献中面临的挑战与尚待解决的问题.     

地球中微子:来自地球深部的信使

中微子是构成物质世界最基本的单元之一,在自然界广泛存在.正在建设的江门中微子实验站(JUNO)是我国第二个大型国际领先的中微子实验站.地球中微子(geo-neutrino)是地球内部天然放射性元素(主要是~(238)U,~(232)Th和~(40)K三种同位素)衰变产生的反电子中微子.它们在衰变过程中也同时释放出大量热能,是驱动地球演化的主要地热能来源之一.地球中微子的通量和产生的热能成固定比例.因此,测量地球中微子的通量,可以获得放射性元素分布及其对地热能的贡献.江门中微子实验站的探测器质量为2万吨,运行一年所获取的地球中微子事例数达到400个以上,超过全球已有地球中微子探测器10年所探测事例的总和.江门中微子实验站周围500 km以内贡献50%以上的地球中微子事例数,利用地球科学手段可合理、有效估算实验站周围及邻区地壳的贡献,实验站测量总数减去地壳贡献,可得到地幔的贡献.因此,有效充分利用实验站可望帮助解决放射性元素衰变对地热能的贡献、测量Th/U比值和来自地幔的放射性地热等问题,并推动国内中微子地球科学研究的交叉领域发展.本文首先介绍了地球内部有关热量未解决的科学问题及地球中微子可能的贡献,其次介绍了地球中微子研究的国内外现状及精确地壳结构模型研究的重要意义,随后着重介绍了江门中微子实验的地球中微子探测潜力及其独特的地理位置和探测优势对地球科学研究的意义,最后给出总结和展望.     

基于伴随方法的大气污染溯源

大气污染防治的核心是找准污染源头,厘清污染成因,实现靶向治理,提高控制效率.本文建立了全国空气质量高分辨率预报与污染控制决策支持系统(NARS,呐思系统),实现了气象与大气化学的监测、同化、预报、溯源、排放源反演和动态优化控制等大气污染闭环防控,可为大气污染防控提供一整套解决方案,其中所建立的CAMx伴随溯源模式,实现了排放源动态反演和网格化定量溯源,可快速定量追溯导致目标区域未来7天大气污染的排放源及其贡献率时空分布.针对2016年9月~2017年3月北京主城区PM_(2.5)集中污染时间段进行了排放源反演、气象场预报、空气质量预报和网格化溯源.与京津冀地区国控点监测结果进行了对比分析,结果表明污染过程、污染等级和污染物浓度预报的准确率分别为100%、88.8%和84.7%,预报值和监测值之间的相关系数为0.81.网格化溯源结果表明导致北京主城区PM_(2.5)污染的排放源基本来自于北京西南方向这一条大气污染物传输通道,北京本地、河北、天津及周边地区排放源对北京主城区PM_(2.5)浓度分别贡献了66%、29%、5%.就重污染过程而言,京津冀排放总量的19%导致了北京主城区80%的PM_(2.5)重度及以上污染,其中北京本地占京津冀排放总量的9%贡献63%、河北占京津冀排放总量的10%贡献17%.就整体污染天气而言,京津冀排放的26%导致了北京主城区80%的PM_(2.5)轻度以上污染,其中北京本地占京津冀排放总量的9%贡献61%、河北占排放总量的15%贡献18%,天津占排放总量的2%贡献1%.导致北京主城区PM_(2.5)污染的排放源主要分布在北京城区和南部区域、保定和石家庄所辖的部分区县,贡献排名前6位的区县均为北京辖区,贡献率合计为48%,前20个区县的总体贡献为73%.将动态反演排放源方法与调查排放清单相结合,应用伴随溯源模式对预报结果进行同步大气污染溯源,可为大气重污染应急控制找准控制对象,并进行损益评估,运用自然控制论,实现大气污染应急优化控制.     

TRPC通道的结构机制研究进展

经典型瞬时受体电势通道(transient receptor potential canonical channel, TRPC)是一类重要的非选择性阳离子通道.该通道家族包含多个成员,在体内广泛分布,参与多种生理病理过程,是治疗如局灶节段性肾小球硬化症(focal segmental glomerular sclerosis, FSGS)等疾病的药物靶点.得益于单颗粒冷冻电子显微镜技术的快速发展,目前已解析的TRPC通道家族多个成员的结构展示了TRPC通道四聚体的组装模式、各结构域的空间排布、具有调节功能的钙离子结合位点和多种小分子化合物的作用位点.这些结构信息与功能实验相辅相成,共同揭示了TRPC通道被钙离子双向调节的机制、小分子化合物的作用机制,以及在人类遗传疾病中发现的致病突变体的激活机制.这些研究进展为进一步探索TRPC通道的工作原理和靶向TRPC通道的药物开发提供了坚实的基础.     

基于数值模式的细颗粒物来源解析

传统的颗粒物来源解析是通过受体采样和化学组分分析开展,该方法主要适用于有限的采样点位和时段.为了提高颗粒物来源解析结果的时空分辨率,发展了以数值模式和受体模型相结合的颗粒物来源解析技术.基于南京大学自主研发的区域大气环境模式(RegAEMS)和基于正定矩阵因子分解法的受体模型(PMF),以2014年南京青年奥林匹克运动会(简称青奥会)为例,开展了细颗粒物的来源解析研究.结果表明,RegAEMS可以较好地模拟南京市PM_(2.5)浓度及其主要化学组分,与同期基于手工采样分析的结果基本相当.进一步利用PMF模型计算不同类型排放源的贡献,发现南京青奥会期间(2014年7~9月)PM_(2.5)的来源依次是二次有机气溶胶(25.9%)、燃煤(16.5%)、硫酸盐(14.5%)、硝酸盐(12.6%)、机动车尾气(12.0%)、扬尘(11.7%)和工业生产(6.9%).比较发现,本方法解析出来的PM_(2.5)主要排放源贡献与基于离线采样分析的源解析结果基本一致.此外,基于数值模式和受体模型的源解析结果还反映出了青奥会中期电厂燃煤和工业生产的排放对颗粒物的贡献要明显低于青奥会前期和后期,表明青奥会期间对工业生产和电厂燃煤的污染控制措施起到了有效作用.本研究所发展的将数值模型和受体模型相结合的颗粒物来源解析方法还可以实现对未来重污染天气下的颗粒物来源贡献分析,从而为大气重污染应急管控提供科学依据.     

簇模型理论及其应用

近10年来,人们为了解BBO(β-ΒaΒ_2O_4)和(LBO_3O_5)晶体能带结构特征和对非线性极化率贡献的结构敏感部位,无论在理论还是实验方面都做了许多研究工作.在处理BBO时,阴离子基团理论认为,对非线性极化率的贡献主要来自阴离子基团内电荷转移跃迁,而根据从头算能带方法计算得到的价带和导带原子态密度的贡献却表明非线性极化率的贡献主要来自阴离子基团的电荷到阳离子Ba~(2 )的转移跃迁.为了既能了解能带的原子态组成,又能具体计算非线性光学参数,我们发展出簇模型理论方法.     

钠通道阻滞剂类抗心律失常药的闸门相关受体假说及研究

钠通道阻滞剂是抗心律失常治疗中的一类重要药物,其抗心律失常作用的产生主要归因于能阻断心肌细胞膜上的钠通道.关于这类药物阻断钠通道的作用机制,曾提出过多种假说,其中有两种假说受到较广泛接受,即调制受体假说(Modulated receptor hypothesis,MRH)和护卫受体假说(Guarded receptor hypothesis,GRH).MRH认为此类药在钠通道的受体具有可随钠通道状态改变的亲和力,用于解释此类药物作用的状态依赖性,即在通     

发现细胞膜的通道:2003年诺贝尔化学奖简介

20 0 3年诺贝尔化学奖授予两位在细胞膜通道研究领域作出突出贡献的科学家 ,以表彰他们发现了细胞膜内的通道 .其中一半由彼特·阿格雷分享 ,因为他发现了且描述了第一个水通道蛋白质 ;另一半由罗德里克·麦金农分享 ,由于他发现并了阐述了离子通道功能的结构及机制的基础 .本文对细胞膜内的通道以及两位科学在该研究领域中所做的开创性贡献做了简要介绍 .     

南海北部末次冰盛期以来高分辨率黏土矿物记录及其时间序列物源区分析

南海北部MD05-2904孔末次冰盛期以来黏土矿物学的高分辨率分析表明, 伊利石(29%~ 48%)、蒙脱石(14%~45%)、绿泥石(17%~28%)和少量高岭石(6%~14%)构成了该孔的黏土矿物组合, 其时间序列变化不具冰期-间冰期的旋回特征. 物源区分析显示, MD05-2904孔的蒙脱石几乎全部都是源自吕宋岛, 全部高岭石都是源自珠江, 而伊利石和绿泥石分别由珠江和台湾岛提供. 根据同这3个主要物源区和南海表层现代沉积物中黏土矿物成分的对比, 采用伊利石结晶度的线性剥离方法, 建立了各主要物源区对南海北部陆坡黏土矿物相对贡献量的时间序列变化. 研究结果发现, 吕宋岛和台湾岛的贡献在24.1~17.5 ka BP都维持在30%~40%, 而珠江的贡献平均仅有25%; 在进入17.5~14.0 ka BP后, 吕宋岛的贡献快速降为20%~25%, 台湾岛的贡献从18 ka BP的平均25%上升至平均35%, 而珠江的贡献上升为平均40%; 在进入全新世后, 这3个主要物源区的贡献显著差异化, 吕宋岛的贡献小幅上升并维持在27%~35%, 台湾岛的贡献快速上升并维持在55%~60%, 而珠江的贡献逐渐回落至全新世中晚期的平均15%. 各物源区的黏土矿物贡献可能受黏土矿物形成、季风降雨剥蚀、洋流搬运能力、以及海平面变化等多种因素影响.     

酰化菌紫质动力学光谱的pH和离子强度依赖性

嗜盐菌紫膜(PM)上的菌紫质(bR)具有光驱动质子泵功能.它的7个跨膜螺旋形成一个内质子通道.全反视黄醛生色团通过质子化的希夫碱结合在通道中部的K216上.光照后,生色团C_(13)=C_(14)光异构化驱动质子从胞质一边由通道泵到膜外,并伴有一系列光循环中间态.其中关键的中间态是M412.它的希夫碱是去质子化的.它的形成和衰减涉及质子泵功能.M412由快组分(M~f)和慢组分(M~s)组成.一般认为M~s的衰减与希夫碱的重质子化有关.M~3的半衰期实际上间接反映了希夫碱重质子化速率.     

布置带劈缝球凸结构微通道热沉内流动和换热特性

将球凸结构与鲨鱼皮仿生概念相结合,提出了带劈缝的球凸结构,并对布置该结构微通道内的流场结构和换热特性进行了数值分析.研究结果表明,宽劈缝通道有利于降低其尾缘逆压梯度,抑制通道流动分离;劈缝通道外移,劈缝壁面温度明显降低,通道尾缘分离泡尺寸减小;斜劈缝通道将主流沿展向引射到侧面,强化了通道二次流,有效降低了侧面角区温度,通道各壁面的温度均匀性得以提升.相同条件下, B方案(劈缝中心线在球凸直径上相对位置w/D=0.25)通道相对范宁摩擦系数(f/f_0)较小,劈缝宽度较大的工况中上述趋势更为明显,而劈缝宽度为10μm的微通道换热能力优势明显; A方案(w/D=0.33)中,劈缝宽度为15μm的通道f/f_0很低,其综合热性能(TP)较好.本研究中布置带劈缝球凸微通道TP最大为185.3%,表现出了良好的强化换热和节能性能.     

基于微丝的PDMS微流动通道制作技术

微流动通道是微流控芯片的重要组成部分, 其加工技术的每一步进化或简化一直为国际学术界与工业界所重视. 提出了一种基于微丝的PDMS微流动通道制作技术. 该技术利用一些简单的模具辅助固定和布置微丝, 然后将PDMS预聚物浇注于模具中浸没微丝并固化, 固化后抽出微丝形成PDMS微通道或通道阵列, 在与通道垂直的方向上打孔并封装, 形成与通道外部物质交换的接口. 实际制作通道时可采用商用化的金属微丝(如不锈钢微丝), 直径从100~20 μm不等. 较为详细地介绍了利用这种技术来构建多种拓扑结构的二维或三维通道或通道阵列, 例如直通道、交叉通道、弯曲通道等的能力. 进一步, 基于金属微丝的电磁特性, 这样的微通道制作工艺还被应用来构建出适于电磁控制和温度控制的微流动通道装置. 最后, 通过圆截面微通道的光路分析、微通道内粒子流动的图像测速(Micro-PIV)与微液滴形成实验及分析进一步印证了这种微流动通道制作技术的可行性和适用性.     

基于聚合物修饰的温度敏感金纳米通道阵列膜

通过在金纳米通道阵列膜上修饰聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)分子, 发展了一种温度敏感的纳米通道阵列膜. 以荧光素钠和水溶性量子点为探针, 考察了这种膜在不同温度下的渗透性. 结果表明, 该PNIPAm分子修饰的膜能够可逆地响应外界温度的变化, 使纳米通道的孔径大小被改变, 进而影响膜的渗透性. 当温度为25℃(<低临界溶液温度, LCST)时, 荧光探针的渗透较慢, 甚至基本上被阻止, 这是因为PNIPAm分子呈现膨胀构象使通道尺寸变小所致; 而当温度为40℃(>LCST)时, 荧光探针的渗透明显加快, 这是因为PNIPAm分子呈现紧缩构象使通道尺寸变大所致. 这种温度敏感的金纳米通道阵列膜的渗透性可以被可逆地调控, 有望用于纳米级阀门等装置.     

基于双加工理论的大学生篮球运动员道德判断:抽象推理还是情绪控制

为了探索体育参与对个体道德判断的影响,厘清大学生运动员与非运动员之间道德判断加工机制的差异.共选取了30名在校大学生(包括15名国家一级篮球运动员)作为研究被试,采用功能性近红外光谱技术(fNIRS Devices 1100, fNIR Devices LLC,包括4个光源与10个探测器,共16个监测通道)监测被试完成道德两难任务时的前额叶激活情况.道德两难任务包括个人与非个人两种情境.结果表明:(1)相较于个人情境,被试总体在非个人情境中的道德判断更为功利.(2)运动员被试在进行道德判断时右背外侧前额叶相关通道(通道13、14和15)的激活水平显著高于非运动员,且出现峰值的时间较早,左背外侧前额叶相关通道(通道3)的激活水平显著低于非运动员.可见,运动员能够更好地控制两难任务中的情绪反应.     

一氧化氮对拟南芥保卫细胞内向钾通道的作用

研究了一氧化氮(NO)对拟南芥保卫细胞内向钾通道的作用. 当细胞内液不含钙的络合剂EGTA(Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid)时, NO抑制内向钾通道电流; 当细胞内液含有EGTA时, NO对内向钾通道电流没有明显作用. NO还抑制拟南芥叶片气孔的开放; 当NO和EGTA共同处理叶片时, 气孔开放与对照相比不受抑制. 先前有报道NO能激活保卫细胞质膜钙通道. 由此推测, NO通过激活质膜钙通道引起胞内钙含量升高, 从而抑制内向钾通道电流, 抑制气孔开放.     

风云三号卫星微波和光谱信号的匹配及其反演应用

风云三号(FY-3)气象卫星作为我国第二代极轨气象卫星,已在轨运行了7年有余,它上面搭载了微波成像仪(MWRI)和可见光红外扫描辐射计(VIRR)等多台仪器,可有效地对全球大气、海洋和陆面进行遥感观测.MWRI的多通道对云和降水等具有很好的探测能力,其空间分辨率随通道的频率而变化,低频通道空间分辨率低;VIRR各通道则具有很高的空间分辨率,可获取目标物的表面信息.本文依据多信息匹配及融合概念及原理,在VIRR像元上获得MWRI各通道亮温,其目的是在VIRR像元上获得光谱信号相应的微波信号,同时也获得了MWRI的高计算分辨率.为实现上述两种资料的信息匹配,分别采用了距离反比权重法(inverse distance weighted,IDW)和就近取值法(nearest neighbor interpolation,NNI),首先通过两种方法的自检验分析比较其结果的优劣,然后确定误差较小的IDW方法作为两仪器探测信号的匹配方法;计算结果表明,该方法在获得高MWRI计算分辨率的同时,产生的低频通道误差小于1 K、高频通道误差小于3 K,未对原始信号产生不可接受的歪曲.作为该匹配数据的应用,本文利用匹配数据中的微波低频通道对云具有一定穿透性的特点,反演了青藏高原地表温度,通过比较该温度与热红外通道亮温识别晴空区和云区,然后利用该数据中的光谱信号识别雪和云相态.由于综合了FY-3微波与光谱信息,从而提高了云和雪的识别能力.     

(Me)_3CO·自由基和异-3-己烯反应机理的理论研究

对(Me)3CO·自由基和异-3-己烯在苯溶液中的反应机理进行了理论研究,在B3LYP/6-311 G(d,p)//B3LYP/6-31G(d) ZPVE水平下,得到了两条可能的反应通道:(1)夺氢-加成;(2)加成-加成-消除.势能面分析表明,该反应以夺氢-加成(1)为主,加成-加成-消除(2)为辅.计算结果能很好地解释近期Coseri等人实验测得的产物分布,而Coseri等人建议的加成-夺氢通道在动力学上是不可行的.