浅谈2015年诺贝尔化学奖:DNA的损伤修复

DNA是生物体发挥功能的遗传基础,随时都承受着来自体内或体外环境的各种压力。这些压力可以使DNA的化学结构发生变化,即产生"DNA损伤";如果这些损伤不能被及时修复,会对生命体产生严重的后果。为了应对这样的挑战,细胞存在一系列的DNA损伤修复机制;这些机制的存在使得基因组在很长的时间内得以稳定维持。2015年度诺贝尔化学奖授予了托马斯·林达尔、保罗·莫德里奇以及阿齐兹·桑贾尔,以表彰他们在DNA损伤修复研究领域的杰出贡献。本文简述了DNA损伤修复机制研究的发展历程及其与人类健康密不可分的联系。     

材料基因工程技术在分子筛领域中的应用

材料基因工程是近年来材料领域兴起的前沿技术, 其基本理念是融合材料高通量计算、 高通量实验和数据技术加速新材料的设计和研发. 分子筛作为一种重要的化工材料, 因其良好的热稳定性、 较高的比表面积、 独特的孔道结构及可调变的元素组成和酸性, 在气体吸附、 分离、 异相催化和离子交换等工业领域应用广泛. 近年来, 融合高通量计算、 高通量实验和数据库技术的材料基因工程技术正逐步应用于分子筛研发等领域: 高通量计算能够从理论上预测并筛选出具有优异性能的分子筛合成目标、 高通量实验显著提升了分子筛材料合成与表征的效率、 数据库技术则为未来挖掘分子筛材料的合成规律与构效关系奠定了数据基础. 本文主要从这3个方面阐述材料基因工程技术在分子筛材料研发领域的应用及进展, 总结以功能为导向、 定向设计和构筑分子筛材料所面临的机遇与挑战, 并对材料基因工程技术在分子筛领域的前景进行了展望.     

硫代磷酸酯寡聚核苷酸的立体控制合成研究进展

硫代磷酸酯(PS)修饰的寡聚核苷酸被广泛应用于生物化学机制研究、生物医药和新材料等领域.硫代磷酸酯中心P原子的立体构型对于PS核酸的生化性质具有显著影响.因此,高效、高立体选择性地合成PS寡聚核苷酸在过去的30年中引起了广泛的关注.本文分类归纳了制备立体纯PS寡聚核苷酸的方法,重点总结了近10年来基于立体纯单体和手性催化剂进行立体控制合成PS寡聚核苷酸的重要进展,对不同合成方法的优缺点进行了对比分析,最后对立体纯PS寡聚核苷酸合成的前景进行了展望.     

用二维核磁共振研究[Co(phen)2(HNAIP)]Cl3配合物与错配及正常寡聚核苷酸的作用

为了开发能识别正常与错配核酸的探针, 首次合成了[Co(phen)₂(HNAIP)]Cl₃金属配合物, 并利用二维核磁研究了此配合物与错配d(CCGAATGAGG)₂及正常d(CCTAATTAGG)₂寡聚核苷酸的相互作用, 首次发现, [Co(phen)₂(HNAIP)]Cl₃是从“大沟”插入到错配碱基对G₃A₄和G₇A₈之间, 能够很好地识别G:A错配; 而[Co(phen)₂(HNAIP)]Cl₃与正常的寡聚核苷酸的作用, 则是从小沟插入, 即[Co(phen)₂(HNAIP)]Cl₃与错配和正常寡聚核苷酸在不同位置及不同沟槽存在明显的插入式结合、并且有明显的差异, 这就有可能被用来作为识别正常与错配寡聚核苷酸的探针.     

钴配合物对错配寡聚核苷酸d(GCGAGC)2的选择性识别

应用核磁共振方法研究了配合物[Co(phen)₂(HPIP)]Cl₃与含两对剪式G:A错配的寡聚核苷酸d(GCGAGC)₂的键合作用. 结果表明, 配合物从错配G:A区域的小沟插入并延伸到大沟里, 对该错配有特异性识别作用. ³¹P NMR表明, 该配合物的键合使得该错配碱基区域的磷酸骨架发生变化.     

攀登科学最高峰的第三世界科学家——1970年诺贝尔化学奖得主卢伊斯·弗德里科·莱洛伊尔

阿根廷生物化学家卢伊斯·弗德里科·莱洛伊尔因发现糖核苷酸及其在碳水化合物生物合成中的作用而获1970年诺贝尔化学奖。莱洛伊尔一生不仅致力于科学研究,还积极推动阿根廷的大学和医学教育,建立了致力于科学研究的坎波马尔基金会。本文回顾了莱洛伊尔的科研成果、相关研究背景以及他的科研历程,分析了他能够获得成功的因素;讨论了名师对科研人员学术指导的重要作用、及时调节研究过程中产生的各类情绪的积极意义以及敢于大胆跨界探索对科研人员的重要性。     

反义c-Ha-ras寡聚核苷酸对转化细胞的生长抑制及其p21蛋白合成的抑制

本文合成了两个15聚核苷酸AS-1和AS-2,前者与c-Ha-ras mRNA的前三个密码子及其上游的核蛋白体结合点附近的单链区互补,后者与细胞核内未成熟c-Ha-rag RNA第一内含子3′端及第二外显子5′端区域互补,它们可分别阻断c-Ha-ras mRNA的翻译和拼接过程,从而降低c-Ha-ras癌基因的表达水平,抑制了转化细胞的增殖。这种抑制作用随浓度的增加(从4μmol/L至10μmol/L)而增加,加入AS-1或AS-2 12h后抑制作用达到高峰,以后逐渐下降。用ELISA方法测定转化细胞中c-Ha-ras产物p21蛋白水平,结果显示增殖受抑制细胞p21水平较对照细胞降低30％左右。     

浅谈2020年诺贝尔化学奖：通向未来的基因编辑

The 2020 Nobel Prize in chemistry was awarded to two female scientists, Jennifer Doudna and Emmanuelle Charpentier, to recognize their seminal contribution to the invention of CRISPR technology for genome editing. CRISPR system enables new generation of gene editing through RNA-based recognition of double-stranded DNA. Empowered by its high efficiency, accuracy and programmability, CRISPR technology has revolutionized modern biology, and has been widely applied in basic research, gene therapy, animal and plant breeding. Here, we briefly introduce the discovery of CRISPR system and the scientific stories behind, and discuss the on-going development and future directions of many gene-editing related technologies.     

浅谈2020年诺贝尔化学奖：通向未来的基因编辑

2020年诺贝尔化学奖授予了Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier这两位女科学家,以表彰她们在CRISPR技术发明上所做出的重要贡献。CRISPR系统通过向导RNA和核酸酶Cas蛋白在基因组上特定位点进行序列编辑,有着高效、精准和可设计等特点,已经被广泛应用于基础生物学研究、基因治疗和动植物育种等诸多领域,并引起了现代生物学领域的巨大技术变革。本文从基因编辑与CRISPR技术的发现和发展入手,对该技术和它相关的科学故事进行简要总结和评论。     

欧拉教授与碳正离子化学──1994年诺贝尔化学奖简介

本文简单地介绍了人们早期对碳正离子活性中间体的原始概念以及欧拉教授获奖的主要工作。这些工作包括在超强酸的介质中用ＮＭＲ等方法观察到长寿命碳正离子的存在和他对碳正离子的系统新概念。此外，本文还简单地介绍了欧拉教授的生平。     

生物大分子分析研究领域的重大突破——2002年诺贝尔化学奖(质谱部分)简介

2002年10月9日,瑞典皇家科学院宣布,将2002年诺贝尔化学奖授予在生物大分子分析领域作出重大贡献的3位科学家.     

1988年诺贝尔化学奖的启示

介绍了1988年诺贝尔化学奖研究课题的内容及其重大意义.Michel等三位科学家研究成功获得光合反应中心膜蛋白结晶的方法,并测定了膜蛋白-色素复合体的高分辨大分子结构.选择一个有重大意义的课题、严谨的科学态度、勇于克服困难的精神和高尚的科研协作精神是他们获得重大成果的秘诀.     

寡聚核苷酸稳定银纳米簇荧光探针的合成及含巯基药物的高选择性分析测定

金属纳米团簇具有很好的光电特性,但因其化学活性高而不易稳定存在于水介质中.根据核苷酸的所有碱基中胞嘧啶与Ag+的结合能力最强,寡聚鸟苷酸易折叠和序列中同时存在腺嘌呤和胸腺嘧啶易发生杂交导致自身团聚等因素,本文设计了胞嘧啶和腺嘌呤各占50%的寡聚核苷酸序列模板分子用于合成稳定性好、荧光性能优异的银纳米簇,并进一步应用于含巯基药物的分析测定.研究表明,含巯基药物通过巯基能高选择性地与银纳米簇发生相互作用形成Ag?S键,使得银纳米簇的荧光发生静态猝灭.据此,本文建立了以抗高血压药物卡托普利为代表的含巯基物质的分析方法.该方法快速、准确、选择性好、灵敏度高,可成功应用于卡托普利片剂的分析.     

核酸靶分子与某些中药成分的非共价作用研究

选择与SAPS病毒相关的DNA片段作为抗病毒药物筛选的靶分子,利用生物质谱技术,通过对该寡聚去氧核苷酸分子与常见中药黄芪、穿心莲、刺五加、苦杏仁、牛蒡子、栀子、菘蓝（板蓝根、大青叶）及厚朴中的主要化学成分——黄芪甲苷、苦杏仁苷、穿心莲内酯、栀子苷、紫丁香苷、牛蒡子苷、靛蓝、靛玉红、厚朴酚及和厚朴酚的相互作用研究,发现与寡聚去氧核苷酸的作用强度顺序为：黄芪甲苷＞苦杏仁苷＞穿心莲内酯＞栀子苷＞紫丁香苷＞牛蒡子苷、靛玉红、靛蓝、厚扑酚及和厚朴酚与寡聚去氧核苷酸没有复合物形成。还研究了黄芪甲苷与3种脱氧核苷的相互作用。本方法作为药物筛选具有一定的可行性。     

柯楠因诱导寡聚腺嘌呤核苷酸双螺旋结构增强赛博绿Ⅰ荧光及柯楠因的高灵敏和高选择荧光检测

柯楠因是原小檗碱类生物碱类似物.研究发现,在近生理酸度下柯楠因与寡聚腺嘌呤核苷酸(poly A16)形成双链结构,明显增强DNA嵌入染料赛博绿I(SG I)的荧光.在优化条件下,530 nm处荧光增强与60～600 nmol/L的柯楠因呈线性关系,检测限(3σ)为30 nmol/L.方法选择性好,同倍含量的小檗碱类似物不产生干扰.将所建立的方法用于柯楠因合成样的测定,回收率在92.5%～105%之间,相对标准偏差RSD小于3.1%(n=3).     

金属配合物键合DNA的研究进展*

本文对金属配合物键合DNA 研究领域的背景、内容、潜在应用及发展前景作了综述, 详尽地介绍了国际上在金属配合物与DNA 作用过程、机制等方面的最新研究进展。     

盐酸小檗碱与DNA作用的序列特异性研究

基于分子吸收和发射测量,研究了盐酸小檗碱与特定序列DNA间的相互作用.结果发现双链DNA中含有不配对 G 碱基时,其与盐酸小檗碱作用后产生的光谱特征将明显不同于完全互补的双链DNA.该特征可被用于检测1个错配碱基的双链DNA.利用 Hyperchem Professional 软件包计算了4种寡聚核苷酸的电荷分布情况,并在此基础上进一步探讨了盐酸小檗碱与寡聚核苷酸之间的作用机理.     

烷基修饰寡聚脱氧核苷酸磷酸残基的化学合成及稳定性研究

分别采用格氏试剂和三氯化磷三步取代法合成了4个新的烷基修饰磷酸残基的亚磷酸酰胺单体, 其结构经1H NMR和31P NMR表征. 利用这些单体合成模型序列5'-dTTTx TT-3', 考察了单体及寡聚核苷酸序列在DNA/RNA合成条件下的稳定性, 提出了固相合成含有烷基修饰磷酸残基的寡聚核苷酸序列裂解及脱保护条件.     

Aerolysin纳米孔道对寡聚核苷酸的高灵敏单分子检测

自纳米孔道单分子电化学技术提出以来,为了构建性能良好的纳米孔道,研究人员一直在寻找不同的孔道材料. 本研究探索了Aerolysin生物纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面的可能性. 实验结果表明,与常用的α-溶血素纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面表现出更强的空间和时间分辨能力. 三个碱基长度的寡聚核苷酸可对Aerolysin纳米孔道造成约为40%的电流阻断. 阻断时间表现出电压相关性,随电压的升高而减小. 与其他生物纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道无需任何基因突变、化学修饰即可实现对单个寡聚核苷酸的超灵敏分析. 未来,Aerolysin纳米孔道将有可能应用于DNA损伤检测、microRNA分析以及其他基于纳米孔道的单分子分析检测.     

柯楠因诱导寡聚腺嘌呤核苷酸双螺旋结构增强赛博绿I 荧光及柯楠因的高灵敏和高选择荧光检测

柯楠因是原小檗碱类生物碱类似物. 研究发现, 在近生理酸度下柯楠因与寡聚腺嘌呤核苷酸(poly A₁₆)形成双链结构, 明显增强DNA 嵌入染料赛博绿I (SG I)的荧光. 在优化条件下, 530 nm 处荧光增强与60～600 nmol/L 的柯楠因呈线性关系, 检测限(3σ)为30 nmol/L. 方法选择性好, 同倍含量的小檗碱类似物不产生干扰. 将所建立的方法用于柯楠因合成样的测定, 回收率在92.5%～105%之间, 相对标准偏差RSD 小于3.1% (n＝3).