碱基分子中单电子作用势判断化学键强弱的研究

碱基是遗传物质DNA和RNA的基本结构单元,与基因突变、癌症及遗传疾病许多健康问题息息相关.使用MELD精密从头计算及自编程序,计算了常见碱基分子腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶中沿各化学键方向上的单电子作用势,并根据单电子作用势势垒——Dpb对各化学键的强弱进行了比较.结果表明,N—H键的Dpb值明显高于C—H键的Dpb值,且胸腺嘧啶分子的C7—H键的Dpb相对于其他分子的C—H键明显偏低.由于Dpb可以用来表征化学键的强弱,因此,碱基分子中N—H键要强于C—H键,且胸腺嘧啶中的C7—H键最弱,在DNA中易被自由基或其他基团进攻,该结论与实验结果一致,为进一步探讨碱基分子的相关性质奠定了基础.     

应用~3H和~(32)P双标记法对植物细胞DNA合成率的初步研究

用放射性标记化合物掺入细胞大分子内以研究生物分子合成率,己有许多资料.鉴于细胞生物学中核酸的合成代谢有重要地位,我们采用双标记法,即~3H 标记的胸腺嘧啶核苷和~(32)P 标记的磷酸两种放射性化合物,同时掺入于细胞的DNA 组份,借以观察细胞DNA 分子的生物合成率.     

精氨酸侧链与生物小分子间离子氢键强度的快速计算

提出了1种快速模拟生物分子间离子氢键作用的新方法,并将该方法用于计算模拟带有1个正电荷的精氨酸侧链与甘氨酸二肽分子、碱基尿嘧啶分子、碱基胸腺嘧啶分子等中性分子间的N—H…O=C离子氢键相互作用.计算结果表明:新方法可以快速计算带电精氨酸侧链分子和甘氨酸二肽分子、碱基尿嘧啶分子、碱基胸腺嘧啶分子间形成的N—H…O=C离子氢键的平衡氢键键长和分子间相互作用能;得到的平衡氢键键长与从头计算MP2/6-31+G(d,p)方法得到的平衡氢键键长的绝对偏差均小于0.005nm;分子间相互作用能与从头计算MP2.5/CBS方法得到的分子间相互作用能的绝对误差均小于8.2kJ/mol,相对偏差均小于5.5%;在同等计算条件下,新方法的计算效率比从头计算方法快数千倍以上.这些结果表明新方法准确快捷,在生物大分子体系的分子模拟领域有潜在应用价值.     

胸腺嘧啶紫外损伤与自修复机理的计算机模拟

为了研究DNA分子紫外光辐射下光损伤和自修复,采用半经典动力学方法模拟了胸腺嘧啶分子激发与失活过程.模拟脉冲频率为5.0 eV,fwhm=50 fs.模拟发现胸腺嘧啶在紫外辐射下会生成电子激发态,导致分子结构畸变,可能引发突变.由于激发态寿命极短,激发态的胸腺嘧啶分子通过H6原子和C6原子的畸变发生无辐射失活而衰减至基...     

胸腺嘧啶碱基与羟基自由基反应的密度泛函理论

羟基自由基(·OH)进攻嘧啶碱基是破坏核酸造成DNA断链损伤的重要原因之一.采用密度泛函(DFT)理论中B3LYP方法在6-31G基组水平上对胸腺嘧啶(thymine,简写为"T")受羟基自由基进攻形成的各种可能产物自由基进行几何全优化.根据总能量、键长和自旋密度的计算结果,从理论上确认了C-5位加成机制.得稳定产物自由基T5OH·,且T5OH·不易脱水与N-3位H脱水得一个更稳定的产物自由基.该稳定自由基的形成造成DNA断链损.     

胸腺嘧啶分子振动光谱及其量子化学计算

分别检测了胸腺嘧啶粉末的拉曼光谱和红外光谱,并用量子化学B3LYP/6-311**G(含电子相关效应的杂化密度泛函理论DFT)方法,对胸腺嘧啶分子进行了几何结构优化,理论计算了胸腺嘧啶分子的拉曼散射光谱和红外光谱,并将计算结果与实验值进行比较.结果表明:采用DFT方法的计算结果能够和实验值很好的吻合.通过Gauss View可视化软件,对胸腺嘧啶分子的振动频率进行了全面的归属.     

mRNA疫苗技术：疫情下的高速赛道

<正>mRNA,即Messenger RNA（信使核糖核酸）,是把遗传信息从DNA传递到蛋白质的信使。通俗来讲,mRNA复制了细胞核中双链DNA的一条链的遗传信息,随即离开细胞核在细胞质中生成蛋白质。在细胞质中,核糖体沿着mRNA移动,读取其碱基序列,并翻译成其相应的氨基酸,最终形成蛋白质（如图1）。     

苯丙素甙对肝微粒体脂质过氧化的抑制作用

研究了六种从马先蒿中草药中分离提取得到的苯丙素甙化合物对脂质过氧化的抑制作用。它们对肝微粒体脂质过氧化的抑制程度与其分子中所含酚羟基的数目和空间位置存在相关性。结果表明:Isoverbascoside的抗氧化能力最强,Verbascoside,Echinoside和Pedicular-toside A次之,Cistanoside D第三,而分子中不含酚羟基的Permthge Verbascoside没有抗氧化作用。     

大黄酸与核酸作用的共振光散射特征及机理研究

基于在pH 1.7的KCl-HCl缓冲液中核酸对大黄有效成分大黄酸481 nm处共振光散射信号的猝灭现象,建立了测定核酸的共振光散射新方法.在最优条件下,该方法对小牛胸腺DNA和酵母RNA的线性范围、检测限分别为0.045～9.0μg/mL,33.9 ng/mL和0.060～9.0μg/mL,45.9 ng/mL.该方法已用于核酸合成样品和实际样品中ctDNA和yRNA的测定,结果令人满意.此外,还通过计算机模拟对大黄酸分子与核酸分子结合前后分子平面性的变化进行了考察,探讨了分子平面性变化与共振散射光猝灭之间的关系.     

两种吖啶酮衍生物的合成及其与DNA的相互作用研究

目前用有机荧光小分子做核酸探针的的方法研究非常活跃,而寻找有效的核酸探针试剂又是研究的重点.吖啶酮化合物是很强的荧光试剂,而以它们作为荧光试剂测定DNA的方法国内外还较少报道,所以本文合成表征了新的吖啶酮衍生物,研究它们与小牛胸腺DNA结合的情况,发现DNA对这类物质具有较强的荧光猝灭效应.     

Molecular structure of r(GCG)d(TATACGC): a DNA--RNA hybrid helix joined to double helical DNA

The molecule r(GCG)d(TATACGC) is self-complementary and forms two DNA--RNA hybrid segments surrounding a central region of double helical DNA; its molecular structure has been solved by X-ray analysis. All three parts of the molecule adopt a conformation which is close to that seen in the 11-fold RNA double helix. The conformation of the ribonucleotides is partly determined by water molecules bridging between the ribose O2' hydroxyl group and cytosine O2. The hybrid-DNA duplex junction contains no structural discontinuities. However, the central DNA TATA sequence has some structural irregularities.     

Crystal structure of an RNA double helix incorporating a track of non-Watson-Crick base pairs

The crystal structure of the RNA dodecamer duplex (r-GGACUUCGGUCC)2 has been determined. The dodecamers stack end-to-end in the crystal, simulating infinite A-form helices with only a break in the phosphodiester chain. These infinite helices are held together in the crystal by hydrogen bonding between ribose hydroxyl groups and a variety of donors and acceptors. The four noncomplementary nucleotides in the middle of the sequence did not form an internal loop, but rather a highly regular double-helix incorporating the non-Watson-Crick base pairs, G.U and U.C. This is the first direct observation of a U.C (or T.C) base pair in a crystal structure. The U.C pairs each form only a single base-base hydrogen bond, but are stabilized by a water molecule which bridges between the ring nitrogens and by four waters in the major groove which link the bases and phosphates. The lack of distortion introduced in the double helix by the U.C mismatch may explain its low efficiency of repair in DNA. The G.U wobble pair is also stabilized by a minor-groove water which bridges between the unpaired guanine amino and the ribose hydroxyl of the uracil. This structure emphasizes the importance of specific hydrogen bonding between not only the nucleotide bases, but also the ribose hydroxyls, phosphate oxygens and tightly bound waters in stabilization of the intramolecular and intermolecular structures of double helical RNA.     

通过DNA聚合剪切放大体系提高RNA的检测灵敏度

基于循环的DNA剪切循环放大分子机器构建了一个RNA传感器。该分子机器以RNA为输入,产生大量的DNA片段,并替换报告探针上的荧光DNA从而产生荧光信号,实现对靶RNA浓度的放大检测。本分子机器分为两部分,反应部分和报告部分。在反应部分,以靶RNA为输入条件,以一个特殊设计的探针为反应模板引发一个自发连续的DNA聚合-剪切反应网络,重复产生大量信号DNA链;这些信号DNA链进入报告部分,通过杂交替换反应从一个报告探针上替换下带有荧光DNA序列,释放到溶液中。这样通过剪切产生的大量DNA适体序列被释放到溶液中,并替换报告探针上的荧光DNA,实现信号的放大。     

曲克芦丁镧配合物的制备和机理探讨

为了探讨曲克芦丁镧配合物的形成条件及配位作用机理,利用分光光度法测定了不同反应条件对曲克芦丁镧配合物的紫外吸收的影响,并通过紫外-可见分光光度计、红外光谱仪和液相色谱仪对配合物的结构进行表征.研究结果表明,曲克芦丁结构中的氧与镧离子发生配位作用,推测曲克芦丁结构中4位上的羰基氧和5位上的羟基氧参与配位反应形成配合物;制备曲克芦丁镧配合物的适宜条件为:曲克芦丁与镧的物质的量比为2∶1、反应时间4h、反应温度55℃和反应体系pH值为7.     

不同强度有氧运动对原发性高血压患者血压及血浆内皮素1的影响

目的:研究不同强度有氧训练16周对高血压患者血压及血浆内皮素-1的影响规律.方法:26名原发性高血压患者经预试验后随机分为两组,分别进行中等强度的持续有氧练习(CE组)和较大强度的间歇有氧练习(IE组)16周,分别于训练前、后期测定安静血压及外周血浆内皮素-1.结果:经16周的练习两组高血压患者的收缩压和舒张压均显著降低(P0.05),但CE组对脉压差的影响不明显(P0.05),IE组则可以使脉压差明显下降(P0.05);CE组的训练后血浆内皮素-1浓度下降(P0.05),IE组训练后血浆内皮素-1浓度显著下降(P0.01),两组间存在明显差异(P0.05).结论:高血压患者对较大强度的有氧练习适应良好,训练后血压下降,血浆内皮素-1的浓度下降.高血压患者进行较大强度的有氧练习是可行并有效的.     

水稻泛素缀合酶基因OsUbc13的分子特征和蛋白互作研究

研究目的：通过研究水稻泛素缀合酶基因OsUbc13的序列特征、表达模式、亚细胞定位模式及其互作分子,为深入研究该基因的生物学功能和分子作用机理奠定基础。创新要点：首次对植物Ubc13进行了亚细胞定位研究及蛋白互作研究。研究方法：通过序列比对及聚类分析进行OsUbc13的序列特征研究;通过实时荧光定量聚合酶链式反应（PCR）进行OsUbc13的表达模式分析;通过聚乙二醇（PEG）介导转化烟草BY-2原生质体进行OsUbc13亚细胞定位研究（见图4）;通过酵母双杂交进行OsUbc13的蛋白质互作分析（见图5和表1）。重要结论：OsUbc13编码具有153个氨基酸的蛋白质,其推断的氨基酸序列与其它同源序列具有很高的相似性;该基因在水稻各组织中均有表达,其中内稃、雌蕊、雄蕊和叶片中的表达量较高,而根、茎和外稃中的表达量较低;低温、甲基磺酸甲酯（MMS）和过氧化氢（H2O2）胁迫处理使胚性愈伤中OsUbc13的表达量显著上调,甘露醇、脱落酸（ABA）和氯化钠（NaCl）胁迫则使愈伤组织中该基因的表达量降低;OsUbc13与绿色荧光蛋白（GFP）的融合蛋白表达于质膜和核膜处;酵母双杂交结果表明约有20个蛋白可能与OsUbc13存在相互作用,其中OsVDAC（与细胞凋亡有关）、OsMADS1（与花器官发育有关）、OsB22EL8（与活性氧清除及DNA 保护有关）和OsCROC-1（为Lys63聚合泛素链形成及运行无误性DNA 损伤耐受机制所必需）四个蛋白经验证确与OsUbc13互作。     

单分子科学前沿—监测、操纵与表征

单分子监测与操纵（Single-Molecule Observation and Manipulation）综合利用光学工具、荧光标记和扫描探针显微技术对单分子进行成像和监测。过去在观测大分子行为时,必须设法使样本中反应同步进行,以获取相对准确的分布信息。而单分子监测与操纵技术的出现,使得研究生理环境下的实时反应中大分子的构型、分布和反应进程成为可能,并为进一步解释DNA转录、RNA聚合、动力蛋白和蛋白质折叠机理等一系列过程提供了有力的研究手段。使用扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope,STM）,可以更为深刻地观察分子的量子电动力学行为,理解分子水平上力学作用、电磁作用及化学作用的相互影响,并以此为基础设计极其高效的纳米器件。对上述三个领域（光学工具、荧光标记、扫描探针显微技术）做了简要介绍,并重点阐述其在生物大分子研究中的具体应用。     

3种黄酮类小分子与牛血清白蛋白间相互作用及其构效关系的研究

解析3种黄酮类小分子桑色素(MOR)、槲皮素(QUE)、芦丁(RUT)与牛血清白蛋白(BSA)相互作用后的紫外-可见光谱和荧光猝灭光谱,研究在同一实验条件下黄酮类小分子与BSA的相互作用及其构效关系。结果显示,黄酮母核B环上的羟基处于相邻位置时,比处于其他位置时表现出的BSA猝灭作用和结合作用更强,而有较大取代基团存在时,由于位阻较大,黄酮类小分子与BSA间的猝灭作用及结合作用则明显变弱。     

5种氨基酸缓蚀机理的量子化学及分子动力学研究

运用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G*水平上,计算甘氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、精氨酸及蛋氨酸5种氨基酸类缓蚀剂的前线分子轨道能量、最高占有轨道、最低空轨道的组成及各重原子的自然电荷分布、亲核Fukui指数和亲电Fukui指数.结果表明,这5种氨基酸缓蚀性能与其分子的最高占据轨道能量EHoMo及能级差△E密切相关,EHoMo越大、△E越小,其缓蚀性能越好.其次,通过分析分子最高占有轨道、最低空轨道的组成及原子的Fukui指数,探讨此类缓蚀剂分子的反应活性位点,发现这5种氨基酸是通过N、S及羰基O原子与金属形成配位键而具有缓蚀效果.运用分子动力学模拟,获得了这5种氨基酸分子与Fe(111)晶面的结合能,结合能排列顺序由大到小依次为蛋氨酸＞精氨酸＞天冬氨酸＞亮氨酸＞甘氨酸.为判断氨基酸类缓蚀剂性能的优劣,合成新型、高效氨基酸类缓蚀剂提供了理论依据.