核酸的分子静电势[Ⅱ]——生物反应性和化学致癌作用探讨

在生物大分子的研究中,大分子整体结构对其反应活性的作用是一个基本问题。例如,对于核酸,人们自然会问:大分子的整体结构,如DNA,对它的不同位置,如嘌呤和嘧啶碱基等的性质究竟有怎么样的影响。近年来,已经可以用分子静电势这个概念对上述问题,至少是问题的某些重要方面,作出量子力学计算的解释。本文主要讨论分子静电势是如何影响各种亲电的、亲核的试剂跟DNA及其组分的相互作用的。     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

量子化学从头计算法研究C120的分子静电势

原子数目较大的碳原子簇的结构出现多样性,除了球形笼状的Fullerene外,还可能存在空心圆环、空心圆筒和卷曲包绕形等新的结构形式.最近Greer等以Stillinger-Weber势分子动力学模拟结果为基础,进行双ζ基从头计算结构优化,发现     

分子力学方法在核苷酸十二聚体结构问题上的应用

具有序列d(CGCGAATTCGCG)和它的衍生物的核苷酸十二聚体(dodecamer)的晶体结构,是目前研究最广泛的B型DNA的一种形式,有关B型DNA结构特征的大量信息,都是从这个核苷酸十二聚体上得到的。 本文利用作者之一编制的分子力学程序即MODMIN程序,在太极计算机上,对序列为     

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.     

DNA变异结构的扫描隧道显微镜研究

脱氧核糖核酸(DNA)是生命活动的主要遗传物质,它在不同的环境下可以产生结构变化,如经加热处理等会使DNA的舣螺旋发生解旋等变化。 最近有人用扫描隧道显微镜(STM)在人气下直接观察了裸露的B,A,Z-DNA的双螺旋结构和单链DNA的结构,证明了STM是研究核酸结构的有力工具。但经过变性处理     

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)。     

吖啶、苯甲酸酯二元分子内光致电子转移反应

电子转移是自然界广泛存在的现象,特别是在被称为生命能量之源的光合作用中,正是由于电子转移反应将太阳光能转变成了化学能, 就影响电子转移过程因素而言,结构因素是一个重要因素,为了深入地认识影响电子转移过程的结构因素,人们设计并合成了各种连接链连接不同电子给体和受体的二元分子体系来研究化学结构对电子转移的影响,本文目的在于在亲水性的聚乙二醇的两端分别接上亲脂性的电子给体受体形成柔性链二元分子体系,并通过研究各种电子给体的荧光被受体狡灭过程来认识柔性链体系在溶液中电子转移规律,我们合成了以9-氨基吖啶为电子给体,带不同取代基的苯甲酸酯为电子受体,聚四乙二醇为连接链的一类新型二元化合物,化合物结构如下所示:     

遗传稳定突变体的回复突变

生物学家们普遍认为,DNA是动植物体内遗传信息的唯一载体和仓库。但在2005年3月24日的《自然》杂志上,美国普鲁杜大学的苏珊·洛利(Suson.Lolle)和罗伯特·普鲁伊特(Robert,Pruitt)等,公布了他们的惊人发现:植物包含一种以隐蔽形式存在的、可隔代遗传的RNA,有时遗传稳定的突变体可发生回复突变,恢复祖代基因的DNA原型。普鲁伊特和洛利等人所用的实验材料,是一种叫做拟南芥的模式植物,该植物的各种器官,都融合了一种与花有关的HOTHEAD基因。三年前当他们对该基因的突变体进行研究时,首次发现了它能发生回复突变。突变体植株带有两个…     

不同环境介质中溴化乙锭的三维荧光光谱研究

溴化乙锭(EB)是一种应用于DNA研究最常用及较理想的荧光探针.由于仅双链DNA能使EB的荧光明显增强,EB常用来作为双链DNA的结构探针.在一定意义上,生物大分子可以认为是一种有序化介质,在不同类型有序介质中EB的三维荧光光谱特征将可以更好地帮助理解EB与DNA的作用机理.因此系统研究EB的荧光特性具有一定的意义.本文研究了不同环境介质中EB的三维荧光光谱特性,这是文献未见报道的.实验发现EB在阴离子胶束十二烷基硫酸钠(SDS)、非离子胶束聚氧化乙烯(9,5)对-特辛苯酚(Triton     

新型分子金属

在极低温度下具有电、磁以及结构方面有趣的性能的材料,其范围被昂德希尔(Underhill)及其合作者扩展了。在最近出版的一期《自然》杂志(Nature,324卷,547—549页,1986年)上,昂德希尔描述了首次发现的这一具有完整氧化态的二维有机金属化合物。对于这类能够导电的二维体系的合成及固态性能的研究将有助于阐明固体化学中许多基本现象。多数有机或金属有机固体是电绝缘体,但是近年来越来越多的具有高导电性能以及金属的典型特性的一类固体受到人们的很大重视。这种金属行为是由于晶体中沿高度有序的堆积结构的富π-电子体系发生分子间大面积重叠而造成的。这些材料具有高度的各向异性性,因而被称做准一维分子金属。     

C60分子电子态结构的实验研究

C_(60)分子的电子态结构是理解C_(60)及其家族的相关物理化学性质的基础,也是人们感兴趣的研究焦点之一. 实验上,人们利用吸收光谱研究C_(60)电子态结构已有许多报道.然而,由于C_(60)分子的HOMO与LUMO间跃迁的禁戒特征和振动带存在的影响,常规吸收光谱给出的相关实验数据存在一定的非完整性,如难以直接给出HOMO与LUMO之能隙.虽然利用光电发射谱和光电子谱曾给出了能隙参数,但实验数据差别较大,且样品形态各自不同.本文利用常规吸收光谱和三阶微商吸收光谱,通过对C_(60)分子吸收跃迁峰和振动结构的指认分析,同时确定了各跃迁能量及能隙,给出了在HOMO和LUMO附近同一样品形态的C_(60)电子态跃迁的较完整的能量参数,为C_(60)分子电子态结构的理论研究提供了完整、可靠的实验数据.     

退火时间对二维DNA晶体自组装的影响

DNA自组装的过程,不仅需要合适的缓冲液,还需要适当的退火时间.本文利用DNA自组装技术,以反向平行双交叉(double-crossover,DX)DNA分子瓦(DNAtile)作为建筑模块,带有互补黏性末端(sticky-ends)的分子瓦依据Watson-Crick碱基互补配对原则配对连接,成功制备出二维晶体结构.比较不同退火时间下形成的DNA分子瓦结构,采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(non-denaturing PAGE)表征.结果表明,退火时间为2.5h时形成的分子瓦的结构较稳定.等量混合此条件下形成的不同分子瓦,分别从50,37和25℃退火至室温,利用原子力显微镜(AFM)对退火后的结构进行表征,结果表明,起始退火温度为37℃时得到的DNA二维晶体较平整.     

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。     

量子化学从头计算法研究C_(60)的分子静电势

自从1985年Kroto和Smalley等发现C_(60),1990年Kratschmer,Haufler等用电阻加热石墨棒或电弧法蒸发石墨方法宏观量制备C_(60)取得突破性进展以来,C_(60)的研究蓬勃发展,成为近年物理学、化学和材料科学等领域中风靡全球的研究热点,已有大量的工作发表,Kroto等作了较详细的评述.     

自组装DNA链置换分子逻辑计算模型

将DNA自组装与链置换技术相结合,构建了DNA分子逻辑计算模型.通过输入DNA信号链,经特异性识别和链置换,自组装初始结构发生变化,并释放特定信号分子或结构作为输出.计算模型能通过DNA自组装结构电泳迁移率的改变输出计算结果.计算系统在室温下可自动触发、混合输入信号以及并行置换.另外,本模型中引入了单极和双极两种置换模式设计,其还具有并行信息处理和模块化组装等特点.最后经实验验证,通过输入特异性DNA分子链置换,该计算模型能正确输出逻辑计算结果.     

30 nm染色质纤维高级结构的研究进展

真核生物的遗传物质DNA以染色质形式通过逐级折叠压缩存在于细胞核中。DNA缠绕组蛋白八聚体形成核小体,相邻的核小体由连接DNA串联起来形成染色质的一级结构：核小体串珠结构(beads-on-a-string)。一级结构进一步折叠形成30 nm染色质纤维。近30多年来,30 nm染色质纤维高级结构的解析一直是困扰分子生物学家们的一大难题。研究者利用电镜和X射线晶体学等生物物理学方法对30 nm染色质纤维结构进行研究,提出30 nm结构的两大模型：螺线管(solenoid)模型和Z字结构(zig-zag)模型。笔者综述了30 nm染色质纤维结构解析方面的研究进展,并着重阐述最近利用冷冻电镜方法解析的30 nm染色质结构,即以四个核小体为结构单元的左手双螺旋结构模型,最后对30 nm染色质纤维在体内是否存在,以及它在表观遗传调控中可能发挥的重要作用等问题进行了讨论和展望。     

DNA与非离子表面活性剂复配体系水溶液聚集行为

自组装构建DNA的纳米复合物以提高其基因治疗效果,是目前化学、生物和医药学交叉领域的一个研究热点.本文研究了非离子表面活性剂十二烷基聚四氧乙烯醚(C_(12)EO_4)与DNA之间弱相互作用构筑的复配体系溶液聚集体,探讨了复配溶液聚集体的组装结构、相结构转变与性能.通过温度改变控制DNA与C_(12)EO_4相互作用过程,确定了复配体系溶液聚集体结构的可控转变,建立了一种可控的组装方法.研究结果对DNA与表面活性剂复配溶液聚集体的性质与结构的组装规律具有重要意义.     

溴化乙锭的三维荧光光谱用于研究DNA构象

文献[1]中,我们考察了溴化乙锭(EB)在不同环境介质如不同类型胶束及有机溶剂(甘油)中的三维荧光光谱,本文利用EB的三维荧光光谱研究小牛胸腺DNA(CT DNA)和鲱鱼精子DNA(FS DNA)在不同条件下的构象变化.研究发现,EB的三维荧光光谱不仅可以用作指纹分析来区分CT DNA和FS DNA,而且能够有效地说明EB和DNA的作用机理,指示DNA在不同条件下的构象变化.     

细菌叶绿素c分子单体结构的STM研究

利用扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy, STM)研究了细菌叶绿素c在石墨(HOPG)表面的自组装结构. 研究发现, 与叶绿素a, c 以及细菌脱植基叶绿素c, d分子通常形成的二聚体结构相比, 细菌叶绿素c的结构有其特点. 细菌叶绿素c分子在石墨表面自组装, 形成了大范围的二维有序结构. 分子以单体而非二聚体形式存在. 分析认为, 此差别与实验中以极性较强的甲醇做溶剂, 并且分子与石墨基底间的作用力在自组装过程中占主导地位有关.