DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构研究进展

自然界中的手性现象广泛存在.近年来,具有在可见光波段手性光学响应特性的等离子体金属纳米结构吸引了越来越多的关注.DNA自组装技术以DNA分子为基元构筑纳米材料,具有根据实际需求精准调控并组装得到复杂纳米结构的优点,可以用来构建从静态到动态的各种手性等离子纳米结构.本文综述了基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构的研究历程和最新进展,并对相关研究做进一步展望.     

宏观构筑基元表面柔顺性的调控与组装

宏观超分子组装的研究对象是表面修饰有大量超分子识别基团的10μm以上的宏观构筑基元,以及它们之间基于超分子多重相互作用的碰撞、识别和组装的过程,它是超分子化学的新兴研究方向,为体相超分子材料的制备提供了新的思路.宏观构筑基元的表面柔顺性是决定构筑基元间能否通过多重相互作用,增强相互作用,实现组装的关键要素之一.本文从界面间相互作用出发,通过交替层状自组装方法,在刚性聚二甲基硅氧烷(PDMS)构筑基元表面分别构筑不同层数的聚电解质多层膜,以调控宏观构筑基元的表面柔顺性,并研究聚电解质多层膜层数对于宏观构筑基元组装行为的影响.通过研究在水中叠加组装的时间与聚电解质多层膜层数的关系,我们发现当构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数较少时,经过长时间叠加也不能发生组装;随着构筑基元表面修饰的聚电解质多层膜层数的增加,可以在较短的时间内叠加实现组装.同时对构筑基元之间的相互作用力随时间的变化进行了原位测量,其力值与上述组装行为一致.本工作验证了"具有高柔性表面是宏观超分子组装的设计原则",说明通过调控构筑基元表面柔顺性可以调控其宏观组装行为.     

CAP适合弯曲DNA的时候

由对细菌的生长,到对高等生物的发育,结合DNA的蛋白质都起到极其重要的转录调节作用。曾被认为,和这些蛋白质结合DNA的几何形状,似乎并无太大变化,只是形成或采纳了某些轻微的弯曲或纽结。但由转录激活剂所提供的证据说明,DNA是极度弯曲的。如今,由舒尔茨(Schultz)、希尔德(Shield)和施泰茨(Steitz)测定了这种复合物的结晶结构,进一步证实了DNA的弯曲是很大的.在上月发表的一篇文章里,柯波拉(Kerppola)和柯伦(Curran)表明;在拉链致癌蛋白质Fos和Jun内,它们同族DNA都是弯曲的;而且,DNA作为蛋白质的被动骨架的观点被放弃,而两者间的关系,被视为是平等协作。但DNA结构的这些变形,是如何转化为生物学功能的呢? 我们对DNA-蛋白质之间相互作用动力学的认识是逐步深入的,随着由X-射线结晶学核磁共振光谱学对DNA结合蛋白质结构的确定。抑制物蛋白质的螺旋转向螺旋的和DNA结合的基序,在同源区内出现相同效应,证实了蛋白质α-螺旋的“真实”DNA顺序,是以大沟形式出现的开始预想。现在,可把形成特异顺序的这种方式,扩伸进锌指蛋白质内。对于DNA-亮氨酸拉链间的相互作用,这也许是关键。但试图总结快速发展的这一课题,类似于为迎面奔驰而来的火车拍照;即使螺旋沟构型的观点不再普遍了。汤姆·施泰茨(Tom Steitz)和他领导的小组,占据着研究的领先地位。已从对原核生物转录激活剂和分解代谢激活剂蛋白质(CAP,也叫环状AMP受体蛋白质)的结构     

双螺旋之争

DNA双螺旋结构早在1953年就由华生和克里克提出,对生物科学起了巨大的推动作用,被认为是分子生物学早期历程中非常重要的里程碑,也是任何近代生物教本中最基本的概念。但是,好事多磨。前几年新西兰两位科学家提出可能存在另一种肩并肩的DNA结构。在此结构中DNA     

DNA：生物学的“建筑材料”—生物学家埃里克·温弗里谈DNA独特的化学特性

电子计算机的威力人所尽知，但涉及到与物理世界有关的复杂任务—比如某种昆虫的构成—还得寄望于对DNA的深入研究。曾于2000年获得“麦克阿瑟天才奖”的埃里克·温弗里（Erik Winfree），一直在潜心研究存储遗传生命信息的DNA；而人类的细胞正是利用这类遗传分子的信息来构建蛋白质，形成了我们的身体结构并做着与生命存在相关的几乎所有工作。目前，温弗里正在利用DNA独特的化学特性，旨在使其像计算机那样来处理信息（被称为DNA分子计算或DNA分子编程的新颖学科），甚至以DNA分子为“脚手架”构建起有用的结构。不久前，温弗里就其对生命起源的理解以及DNA的化学特性对未来可能产生的影响，接受了《发现》杂志资深编辑斯蒂芬·卡斯（Stephen Cass）的采访。     

DNA:生物学的"建筑材料"——生物学家埃里克·温弗里谈DNA独特的化学特性

电子计算机的威力人所尽知,但涉及到与物理世界有关的复杂任务--比如某种昆虫的构成--还得寄望于对DNA的深入研究.曾于2000年获得"麦克阿瑟天才奖"的埃里克·温弗里(Erik Winfree),一直在潜心研究存储遗传生命信息的DNA;而人类的细胞正是利用这类遗传分子的信息来构建蛋白质,形成了我们的身体结构并做着与生命存在相关的几乎所有工作.     

一个真实的沃森——读《DNA博士》有感

1953年4月25日,英国<自然>(Nature)杂志刊登了沃森(J.Watson)和克里克(F.Crick)的一篇短文<脱氧核糖核酸的结构>(A structure for deoxyribose nucle-ic acid).在这篇短文里,两位年轻的作者(当时克里克36岁,沃森还不满25岁)谦虚地公布了他们对DNA双螺旋的发现,并谨慎预言:"我们拟提出脱氧核糖核酸(DNA)盐的一种结构.这种结构的崭新特点具有重要的生物学意义."     

左旋DNA结构及意义

七十年代的最后一年是分子生物学取得重大成就的一年,这就是左旋DNA结构的发现。自1953年由J.Watson和F.Crick发现DNA的右旋双螺旋结构以来,一直认为它是DNA的普遍结构形式,并在生命体内占压倒优势。可是,去年12月13日这一定论被A.Rich等科学家打破了,他们发现了左旋DNA结构。这里三篇文章就是关于左旋DNA的发现及其在生物学上的意义的最新报道及论述。     

原子分辨水平的左旋双螺旋DNA片段的分子结构

七十年代的最后一年是分子生物学取得重大成就的一年,这就是左旋DNA结构的发现。自1953年由J.Watson和F.Crick发现DNA的右旋双螺旋结构以来,一直认为它是DNA的普遍结构形式,并在生命体内占压倒优势。可是,去年12月13日这一定论被A.Rich等科学家打破了,他们发现了左旋DNA结构。这里三篇文章就是关于左旋DNA的发现及其在生物学上的意义的最新报道及论述。     

DNA有一种新的螺旋形吗?

七十年代的最后一年是分子生物学取得重大成就的一年,这就是左旋DNA结构的发现。自1953年由J.Watson和F.Crick发现DNA的右旋双螺旋结构以来,一直认为它是DNA的普遍结构形式,并在生命体内占压倒优势。可是,去年12月13日这一定论被A.Rich等科学家打破了,他们发现了左旋DNA结构。这里三篇文章就是关于左旋DNA的发现及其在生物学上的意义的最新报道及论述。     

Z曲线,显示和分析DNA序列的直观工具

基于正四面体的对称性,我们将一DNA序列与三维空间中一条曲线,称为Z曲线,建立起一、一对应映射。对于任一给定DNA序列,可求出唯一的一条Z曲线与之对应,反之亦然。Z曲线一般是具有丰富的折叠结构的三维空间曲线,它反映了DNA序列中碱基分布的局部细节与总体特征。Z曲线的对称性、渐近性、回路性等性质被全面加以介绍。并探讨了Z曲线在分子生物学中可能的应用。Z曲线的提出,开创了一个利用几何学分析和研究DNA序列的崭新领域。我们深信,利用现代计算机图形学装备起来的Z曲线,将成为研究和分析DNA序列的新的强大工具。     

化学家能否破解糖的编码?

正在我们体内,简单的糖(例如葡萄糖、甘露糖和岩藻糖)连接在一起,形成了复杂的多糖(或者说聚糖),这些多糖修饰着细胞的表面,形成了一层厚厚的"糖衣",但与基因组和蛋白质组不同,那些"糖衣"中的糖组目前对我们来说仍是待解之谜,部分原因是聚糖的化学结构太过复杂。我们的身体合成了数千种独特的聚糖,但是很少有分析方法可以有效地阐明其结构。与线性组装的DNA和蛋白质不同,聚糖高度支化,使其难以合成。当然,智慧的化学科学家正帮助我们更趋近于破解糖的编码。     

DNA在未来50年里……

组蛋白登上中央舞台 问题的答案似乎是另一种编码,而且这种编码比DNA基因链要微妙和复杂得多。它甚至没有记录在DNA里,而是编写在名为组蛋白一类的蛋白质的结构中。几年前,组蛋白还仅被看作DNA的乏味包装而备受忽视。现在这些蛋白质及其隐含的编码已被视     

O+H_2→OH+H和F+H_2→HF+H的反应通道计算

氢氧燃烧反应是氢能和航天技术中的重要反应.O H_2→OH H是其主要基元反应之一。我们用BEBO法计算了这一基元反应的激活能和最低位能通道。设反应为     

轻松提取草莓DNA

正你没有看错这个题目,我们接下来将要学到的,就是如何在家中运用常见的一些材料来为草莓提取DNA。DNA?那个叫作"脱氧核糖核酸"、双螺旋结构、能够决定生物遗传特性的物质?可以在自己家中提取?对!没错!快去准备材料吧!     

我们身体里的“幽灵”基因

正听起来让人难以置信,但我们身体里的确隐藏着大量来自远古灭绝人种的基因。我们的身体里含有数量惊人的来自灭绝人种的DNA,科学家正在探索这些"幽灵"基因对人类的生存和进化所起的重要作用。我们的祖先混合了人类进化史上多个人类分支的血统,将一些已经灭绝人种的DNA一代代传了下来。时至今日,灭绝人种的DNA,包括尼安德特人、丹尼索瓦人及其他灭绝人种在内的DNA就存在于我们的细胞内。科学家想知道,携带了多个人种基因会给我们的生存带来什么     

ArF准分子激光作用超螺旋PUC18 DNA的AFM研究

激光对DNA作用的机理研究,国内外尚无定论,有待进一步深入.龚立三等用YGA四倍频激光(265nm,30ps,50mJ)和准分子激光(KrF的248nm,Laser Roman的512nm)处理λ-DNA和λ-DNA/HindⅢ,用紫外分光光度计和琼脂糖凝胶电泳检测,增色效应和拖尾的出现表明DNA的结构键被激光脉冲切断.作者用YAGQ开关二倍频激光(532nm,1.5mJ,20ns)照射λ-DNA/HindⅢ、鱼精 DNA、小牛胸腺DNA和酵母RNA,测定了DNA的UV谱,并讨论了激光辐照导致DNA链断裂的分子机制.到目前为止,尚没见到采用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)为手段研究激光对DNA作用机理的报道. 我们在文献中报道了AFM观察CO_2激光作用后的质粒DNA和小牛胸腺DNA样品的结果.本文中用ArF准分子激光(193nm,单脉冲能量为220mJ,20ns)作用超螺旋PUC18 DNA,并用AFM获得了它们的结构图象,讨论了激光和DNA的可能作用机理.     

质粒pUC18 DNA的超凝集结构

1966年Vinograd论述了双链DNA有四种不同的拓扑结构形式:超螺旋DNA(Ⅰ型)、松弛型DNA(Ⅱ型)、线型DNA(Ⅲ型)以及碱变的超螺旋DNA(Ⅳ型)。后来,一组瑞士科学家证实了由互补单链环形DNA在体外退火形成的Ⅴ型DNA。1990年,黄熙泰等人发现从Ⅱ型DNA拓扑异构酶缺陷的大肠杆菌SD 108株细胞制备的质粒pBR 322 DNA样品含有一种区别于已知五种结构类型的DNA成分。由于它的高密度和高淌度,这种成分被称为超凝集型DNA(Super condensed DNA)。     

框架核酸为生命分析化学提供新工具

正人们通常认为遗传信息是存储在DNA的一维序列中.然而,近年来随着三维基因组领域的发展,研究者已经越来越多地认识到生物体内很多基因调控信息是以特定形式存储在核酸的高级拓扑结构中.与之相应地,DNA纳米技术的兴起为通过DNA序列编码在体外合成与发展人工DNA纳米结构提供了新的可能.尤其是随着以"DNA折纸