核酸的分子静电势[Ⅰ]——研究方法和主要计算结果

温元凯的论文从分子静电势入手研究生物大分子的整体结构对于其反应位置和反应活性的影响,这是当前具有重要意义的课题。     

聚(乙烯胺-乙烯醇)核酸类似物的光学活性片段模型化合物的合成

众所周知,DNA是由两个长链DNA分子彼此依靠两对专一性的碱基,如腺嘌呤(A)-胸腺嘧啶(T),胞嘧啶(C)-鸟嘌呤(G)间的氢键作用而形成的一个双螺旋结构分子。因此近来在核酸类似物的研究中,人们对含有一对核酸碱基A与T作为悬挂基的核酸类似物的研究给予很大重视。其理由是在大分子链上含有一对A与T作为悬挂基的模型化合物,在其结构与性能上比只有一个A或T的模型更为接近天然的DNA。但由于合成上的困难,对这     

量子化学从头计算法研究C70的分子静电势

C_(60)和C_(70)是富勒烯家族中最重要的两个成员,几种制备方法获得的富勒烯产物都是C_(60)和C_(70)的混合物.~(13)C-NMR谱观察到C_(70)有5个峰存在,单晶X射线衍射、中子衍射和从头计算研究都一致确认C_(70).是具有D_(5h)点群对称性的外形酷似橄榄球的分子.分子的许多物理化学性质都与其静电势密切相关,分子静电势对于研究分子与带电离子和极性分子的相互作用机制具有重要价值.目前用实验方法直接精确地测量富勒烯球内外的静电势尚十分困难,用非经验的量子化学从头计算法精确地计算富勒烯的静电势是一项十分有意义的课题.最近作者曾用Hartree-Fock/6-31G从头计算法获得了C_(60)的分子静电势,并解释了C_(60)的电子亲合势、低温堆积结构和碱金属掺杂化合物结构等实验事实.本文继续在Hartree-Fock/6-31G从头计算法水平研究C_(70)的分子静电势,并与C_(60)进行对比分析.     

激光在分子生物学研究中的应用

分子生物学意指以分子水准来了解生物过程。这就要求知道生物分子的光谱,这些分子所参与的各种生物化学和生物物理过程的时间特性,以及这些分子的结构特性。生物分子是由数目很多的原子和原子团构成的大分子,如细胞色素的分子量为12400,血红朊的分子量为64500,这种大分子的电子谱和振转谱是非常复杂的。另外,在生物过程中的能量转移和分子构型的变化非常快。因此,用普通的光源很难对它进行研究,     

胰岛素的分子静电势计算

分子静电势是近年来发展得很快的一个量子生物学理论指数。对核酸的成功运用不仅说明了其科学价值而且激起了人们把它拓广到蛋白质分子研究的巨大兴趣。由于计算、表达和分析的复杂性,迄今对蛋白质的分子静电势研究得还很少。报道过的只     

生物结构自组装

生物大分子、复合物分子机器、细胞器、完整细胞乃至生命个体的形成, 自组装贯穿其中, 并有极其复杂的调控机制. 本文归纳分析了生物结构自组装的特点及其物理、化学和几何学原理, 并以新生肽链折叠和染色体折叠浓缩为例描述自组装的生物调控原理. 采用自组装策略, 已经开发了许多生物纳米功能结构, 如DNA平面和立体结构、DNA马达、蛋白纳米线、荧光双分子互补系统等. 研究复杂生物体系的自组装极具挑战, 可使我们更接近生命的本质, 还将为纳米科学技术和仿生学提供许多启示.     

原卟啉(PP)和血卟啉(HP)对DNA空间结构微观光敏损伤的特征

近几年我们从光生物物理角度,探讨了血卟啉衍生物(YHPD)的主要组分如PP,HP和DHE的原初光化学反应过程及其产生的单线态氧(~1O_2)、羟基(·OH)、超氧阴离子自由基(O_2)以及非氧自由基,并研究了这些高活性的产物对DNA、蛋白质和细胞膜的损伤特征和作用机理.本项工作用对生物大分子的结构变化高度灵敏的激光Raman光谱从分子水平研究了血卟啉衍生物的2个主要组分PP和HP对DNA空间结构微观光敏损伤的特征,再一     

信息传递过程中的错误增殖与机体老化

生物大分子间的信息传递是生命的基础。根据分子生物学中的所谓中心法则,信息储存于DNA分子的碱基序列中,再按遗传密码传给RNA分子和蛋白质分子。由热力学规律,信息传递过程(DNA复制、mRNA转录和蛋白质合成)中必然会有随机性错误产生。但生命物质有自我复制的能力,许多导致蛋白质失活的错误不会长期存在,因该分子很快会被无错的分子所取代;但有些错误则不然。虽然大分子间的信息传递有固定的方向性,但作为信     

动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀与单个DNA分子上的物理纳米图形制造

利用“蘸笔”纳米刻蚀技术(DPN)可在金、硅和氧化硅等较硬的固相衬底表面上制作不同的纳米级图案. 但是, 在柔软的物体表面如生物大分子上直接制作纳米图形是尚需开拓的研究领域. 本文发展的动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀技术(CDDPN)可实现在生物大分子上直接制作纳米图形, 并且能达到在拉直的单个DNA分子上制造纳米图形的目的.     

DNA-NH_2酰化反应:分子量还是结构占主导地位?

DNA的化学修饰可以使DNA分子具有其他功能,如构建DNA编码化合物库(DNA-encoded chemical libraries,DECLs)、制备用于生物传感的DNA探针、提高DNA适配体的结合活性等.对DNA化学修饰反应效率已有的研究集中在对反应条件(溶剂、温度等)的优化,为了确定影响修饰效率的重要因素,我们以DNA-NH_2的酰化反应为模型进行了系统研究.结果表明,影响DNA-NH_2酰化反应的主要因素是DNA和酰化试剂的分子量.相反,DNA的结构在反应中起着次要的作用.     

以~(32)P后标记技术研究人血组分在DNA-致癌剂加合物AF-dG形成中的作用

DNA加合物的形成,即致癌剂对DNA分子的共价修饰是致癌的初始作用.绝大多数致癌剂必须先在生物体内酶系催化下形成亲电子的代谢物,然后与靶细胞DNA亲核部位共价结合。报道据,肝脏和一些肝外组织的细胞色素P-450及其他氧化酶系参与基因毒性化合物的生物活化.血液各组分有各种氧化酶活力,人血细胞在外源致癌剂生物活化的作用,     

超螺旋pBR322 DNA的STM研究

扫描隧道显微镜(STM)是80年代初期新崛起的一种新型表面分析仪器,它具有达到原子级的空前分辩率,十几年来得到高度的重视并取得迅速的进展。近年来,人们已将其用来研究生物大分子的结构,尤其是将其用来揭示重要遗传物质——核酸的结构。1985年,Baro等开始了这方面的工作,目前STM用来研究脱氧核糖核酸(DNA)的结构已经有一系列的报道。其中,Driscoll等于1990年已获得原子尺度的DNA图像,本实验室白春礼等已成功地用STM观察到三链DNA的存在。但是,STM用来研究生物大分子的结构仍存在一些问题。如何获得易重复的、可靠的结果是尚待进一步探讨的问题。本文用STM成功地对质粒pBR322 DNA进行了成像。     

反向转录的发现——分子生物学的一个重要成就

现代生物学的主要目标之一是研究生物体内信息是如何隐藏在分子结构之中,而这种信息又是如何从一个分子向另一个分子转移的。许多生命的重要现象,如胚胎细胞的分化,正常细胞转变成肿瘤细胞等重大课题,只有在弄清上述问题后,才有可能得到根本解决。五十年代以来,人们已经搞清楚了,细胞的遗传信息是藏在一种叫做脱氧核糖核酸的生物高分子中。脱氧核糖核酸简称为DNA。DNA由两条长链分子组成。它们相互绕在一起构成了一种所谓双螺旋的结构。DNA虽然是一个极大的分子,但它主要由四种不同的碱基组成。四种碱基以各种不同的次序排列,就构成了不同的DNA分子。生物体内的“信息”就是通过这种方式,“写在”DNA分子上。在正常细胞里,     

北京白鸭线粒体基因组的物理结构

线粒体基因组的分子遗传学是一个很有意义的领域。但是对鸟类线粒体基因组还很少研究。我们从北京白鸭肝脏纯化了线粒体DNA(mtDNA)并研究了它的物理结构,包括周长和分子量的测定及物理图谱的建立。线粒体及mtDNA的粗制品用常规方法制得。大部分大分子RNA用2MNaCl沉淀除去,最后用Sepharose 4B柱凝胶过滤纯化mtDNA。用紫外吸收     

组成DNA的小分子配体和芳香氮碱配合物的堆积作用

评述了组成DNA的配体和芳香氮碱配合物分子内芳环间堆积作用的研究现状及作者的研究成果。着重介绍了几个重要的三元混配配合物体系：核苷酸－金属离子－多元芳胺、氨基酸－金属离子－多元芳胺、核苷酸－金融离子－类吡啶芳胺、核苷酸－金属离子－氨基酸、核苷酸－金属离子－核酸碱基、核酸碱基－金属离子的研究进展,并讨论了影响配合物分子内芳环间堆积作用的几个主要因素。从研究组成DNA的小分子配体和芳香氮碱配合物堆积作用着手,进一步阐明大分子DNA和芳香氮碱配合的作用机制,并为设计和合成作为DNA的分子器件的配合物提供理论基础。     

水稻线粒体基因组中发现线性DNA分子的报道

高等植物的线粒体基因组比较大,一般从200—2500kb,加上其组织结构相当复杂,研究起来比较困难.目前的研究途径主要是两条,一是借助于脉冲电泳技术进行的,如完整线粒体DNA的脉冲电泳分析、结合某些稀有酶切位点的限制性酶的酶切,某些线粒体大分子DNA的大尺度物理图谱的构建;二是构建线粒体基因组的物理图谱.但因为线粒体结构比较复杂,含有较多的重复序列,构建图谱的难度较大,而且构建的结果有待进一步的检验.现     

纳米尺度金属超分子配合物对DNA的特殊识别与功能调控新进展

配体通过靶向特殊基因,进而调节该基因所参与的生物学功能一直是生物无机化学领域十分活跃的研究课题.当前,金属配合物对DNA的结构识别以及功能调控引起了人们的高度重视,越来越多的研究表明,金属配合物能够有效地识别DNA的二级结构并影响其生物学功能.最近研究发现,一些具有纳米尺度的金属超分子配合物能够特异性识别DNA并表现出特殊的生物学效应.本文总结了纳米尺度金属超分子配合物对不同DNA二级结构的选择性识别及调控等方面的研究进展.     

DNA缩短法计算模型求解最大独立集问题

提出了一种基于环形DNA缩短法的新型计算模型. 该模型可以求解n个顶点m条边的图的最大独立集. 算法的时间复杂度是O(n+m). 随着问题规模的增大, 计算所需的试管数量呈线性增长. 在计算模型的生物操作中, 有两个主要技术: DNA分子内环化和DNA长度逐步缩短. 结合反向PCR(聚合酶链式反应), 磁珠吸附和环化酶催化等多种方法, 在求解步骤中, DNA分子的结构在线性双链DNA(dsDNA)、线性单链DNA(ssDNA)和环形单链DNA之间进行循环变化. 利用环形DNA分子的结构特点, 在计算过程中避免了DNA分子间重组. 为了证实该DNA计算模型的可行性, 利用其求解了一个最大独立集问题的实例.     

平面型1-氯蒽醌二聚体中分子间弱相互作用的理论研究

运用密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上对平面型1-氯蒽醌二聚体进行构型优化,得到了6种稳定构型.在MP2/6-311+G(d,p)水平上计算了这6种构型分子的能量,并进行了基组重叠误差(BSSE)校正.通过分子静电势讨论了该类分子间弱相互作用的本质,用"分子中原子(AIM)"理论对分子间化学键的性质进行了电子密度拓扑分析.结果表明:二聚1-氯蒽醌的平行构型比T型构型稳定,1-氯蒽醌二聚体中分子间的相互作用都是具有静电性质的弱相互作用,电子受体的静电势变化总值可作为分子间化学键强弱的指标.     

苯并[a]芘代谢物与DNA互补碱对交联产物几何构型的PM3计算

自从双区理论提出以来,多种有机致癌剂的结构和致癌活性的关系(QSCAN)得到了成功的理论解释和定量表征.据双区理论的原则设计开发的几种顺铂类似物也显示出具有高于顺铂和碳铂的抗癌活性.根据双区理论,化学致癌作用的关键步骤是具有双官能亲电活性中心的最终致癌剂与DNA互补碱基对的横向交联.这种交联产物及其结构特征对于深入探讨致癌机理具有重要意义,也是引人关注的问题.但因DNA横向交联的量很少,以致难以进行实验观察.本文采用半经验分子轨道法 PM3对强力致癌剂苯并[a]芘(BaP)经代谢活化产生的最终致癌剂与DNA互补碱基对的横向交联产物进行了全几