由Cu~(2+)中介的DNA双螺旋结构

最近 ,来自东京大学和日本分子科学研究所的MitsuhikoShionoya等采用修饰DNA碱基的办法构成了一维Cu2 + 金属链 .DNA双螺旋是由两股DNA单链逆向绕制形成的 .单股DNA的基本单元是核苷酸 ,每个核苷酸有一个五碳糖、一个磷酸根和一个碱基 .4种核苷酸区别仅仅在于它们的碱基不同 :腺苷酸 (A)、鸟苷酸(G)、胞苷酸 (C)和胸苷酸 (T) .在标准的DNA双螺旋结构中 ,核苷酸中的糖和磷酸根构成“楼梯”的“扶手” ,股与股之间靠碱基的严格配对维系 :A和T以两个氢键相联 ,C和G以三个氢键相联 (详见郝柏林 ,物理 ,2 0 0 3年 4期 ) .在Shionoya的…     

DNA双螺旋结构是怎样发现的

文章具体地介绍了DNA双螺旋结构是怎样发现的．克里克和沃森两位不同国籍，不同学科的科学家是怎样走到一起进行研究的，他们所采用的分子建模方法和实验依据．他们的建模过程怎样由三螺旋到双螺旋；由主链在内到主链在外；碱基键合怎样由离子键到氢键；碱基配对怎样由同类配对到互补配对．以及从这一研究过程中在思想方法上应吸取的教益与启迪。     

紫外－可见光谱法研究含Schiff碱基双分子膜的构象

测定了不同浓度、不同温度条件下含Ｓｃｈｉｆｆ碱基的单链两亲性化合物在Ｃ１６ＳＢＣ６Ｎ＋ＯＨ水溶液的电子吸收光谱。结果表明，两亲性分子在高温低浓度水溶液中处于较为分散状态，而在低温高浓度水溶液中呈聚集状态（双分子膜）。同时，通过量化计算比较，得出了不同聚集态时Ｓｃｈｉｆｆ碱基的构象（即Ｎ－苯环与Ｃ－苯环的扭转二面角）。     

DNA及基于DNA链替换反应的分子计算

DNA是生物遗传信息的载体,同时也是一种理想的生物相容材料.单链黏性末端(toehold)协助的链替换反应是DNA常温纳米技术的基础.利用DNA的碱基互补特性和碱基序列的可编程性,人们可以基于DNA链替换反应构建分子机器并对其运转进行精确调控,实现各种复杂分子计算.本文回顾了近年来DNA结构和力学性质方面的研究进展,探讨DNA链替换反应的微观理解,介绍DNA分子计算领域的最新成果,以及它在DNA恒温自组装等方面的应用.     

碱基序列对DNA分子电子结构的影响

将DNA分子看成一维二元随机序列，利用负本征值理论计算其态密度，针对碱基对分布和相对含量等参量，讨论了DNA分子的电子结构.结果表明碱基对分布和相对含量都对电子能态结构影响较大，说明碱基序列对DNA分子的电子结构影响很大. 关键词： DNA分子 电子态密度 碱基对     

乙酸对DNA空间结构微观损伤的Raman光谱特征

利用Raman光谱技术从分子水平研究了乙酸对鲱鱼精DNA空间结构微观损伤的特征。实验结果表明,鲱鱼精DNA被乙酸浸润处理后,Raman特征频率与强度均发生了不同程度的变化。证明了乙酸对DNA的损伤是整个分子,包括骨架磷酸基团、脱氧核糖及碱基。不仅是DNA的构象,而且其构型也发生了变化：氢键断裂,B型构象被修改,DNA单、双链断裂,碱基也受到了严重损伤。其碱基损伤严重程度依次为胞嘧啶、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和腺膘呤。     

小牛胸腺DNA分子Langmuir-Blodgett复合膜的表面增强拉曼光谱研究

本文利用Langmuir-Blodgett(LB)技术将小牛胸腺DNA分子沉积在银基底上,测试并讨论了它的π-A等温曲线,原子力图及表面增强拉曼光谱(SERS)。通过利用LB技术,获得了DNA分子的LB复合膜的高质量的SERS。在DNA分子LB膜的表面增强拉曼光谱中,DNA的核糖和碱基腺嘌呤是吸附活性部位,它们的振动光谱得到增强。DNA的其它碱基和磷酸基团的拉曼光谱强度也明显的得到增强。分析认为DNA分子增强的拉曼光谱主要是由于LB膜的有序结构的贡献,使得SERS效应得到进一步的增强。因此利用LB技术是得到DNA的高质量SERS很好的方法。     

推动人类文明与进步的物理学 量子理论（三）

化学健是分子中各原子结合成分子的力。1927年，海特勒和伦敦用量子力学理论计算了氢分子中的健能，表明氢刍是由两个氢原子的电子在同一分子轨道中自旋配对（自旋取相反方向）合能量降低而成。     

DNA分子的电导率

自从50年前发现DNA分子的双螺旋结构以来，科学家们一直希望了解DNA分子的复杂结构与其化学及电性质之间的相互关系，其中很重要的一个问题是过去所测定的DNA分子的电导率结果很不一致，它可以表现为绝缘体、半导体、金属和低温下的超导体．     

DNA金字塔的自组装

DNA是生命的基本单元，它是由四个不同的碱基元组成两条序列串，相互联结形成一个双螺旋结构．DNA中的序列串是用互补碱基序列来识别和相互约束的生物工程组件，它能利用自组装的方式组合成复杂的分子结构．     

DNA单分子弹性理论

随着单分子操纵技术的发明与发展，人们已经可以对单个生物大分子施以力或力矩，并测量它们的物理性质，DNA单分子的力学实验表明，在分子尺度上理解生物大分子的生化过程，力与能量是同等重要的结构与功能参数。一个梯子模型被用来描述双链DNA的外力拉伸曲线，在这个模型中，DNA是由许多碱基对(梯子的横杆，横杆之间存在吸引势)连接两条聚核苷酸虫链(梯子的两侧)形成的高分子，利用路径积分法得出的理论曲线与实验曲线吻合得很好，对于单链DNA，用分立的杂化高分子链统计理论的母函数方法来计算其弹性行为，得出与实验相符合的外力引起的解链相变结果。此外，对于抑瘤蛋白p53识别序列DNA微环弹性进行分析，发现其弹性模量只是通常随机序列的三分之一。     

紫外光谱与ITC法研究乌头碱与粘虫DNA相互作用

DNA是生物体遗传信息的载体,研究药物与DNA的相互作用对探讨其作用机理及新药的设计合成具有重要意义。利用紫外吸收光谱技术,微量量热法,等温滴定量热法以及分子模拟技术研究了乌头碱在水溶液中的溶解行为,探讨了乌头碱与粘虫DNA、鲑鱼精DNA、小牛胸腺DNA的相互作用。实验发现,乌头碱在水溶液中的溶解过程为准一级反应,半衰期(t_1/2)为0.691 h。乌头碱分别与三种DNA作用均为体现出沟槽和表面两种结合形式：沟槽结合时,结合常数Ka₁为105,结合位点数为0.40~0.60,且反应为焓驱动的自发过程;表面结合时,乌头碱分子仅与DNA表面发生作用而并未嵌到DNA分子的疏水部分,结合常数Ka₂为103,结合位点较大。分子模拟显示,乌头碱均以氢键作用力结合在三种DNA分子的沟槽区,且乌头碱分子中C₈上的酯基对粘虫DNA,鲑鱼精DNA和小牛胸腺DNA链上的碱基有特异性识别,依次为T33,T34和G16,C9,C8。模拟计算获得反应的结合能与实验测定所得ΔG值接近,同时,依据实验数据判定的作用力类型在分子模拟中得到印证,即理论计算与实验基本吻合。     

直接测定量级为皮牛顿的力

在2005年对质量的测定可达到10^-21克（仄克）的水平，力的大小在2006年可测到10^-18牛顿（aN）的水平．但在生物细胞实验的领域内，对力的测定并不需要这样高的灵敏度，一般只要达到10^-12牛顿（ON）的水平即可．例如处于运动状态的肌肉，它的蛋白质分子在输送能量时所需的力约为6pN，在室温下将DNA分子拉开的力约为9-20pN，而把DNA分子推至相反的两端则需要65pN的力．按照这种需求，美国Sandia国家实验室的S．Koch博士和他的同事们就沿着这种思路去研制有效测试这一范围的肌肉力作用的传感器．他们称其为Sandia传感器．传感器的核心部分是一根1毫米长，粗为微米大小的弹簧，是利用标准多晶硅显微机械加工过程制作的，弹簧的力学性能是完全遵守经典的胡克定律，即压缩或拉伸弹簧的力等于弹簧的形变长度与弹性系数之积．Sandia传感器中的弹簧，它的弹性系数K～1pN／nm．     

不同LET辐射致DNA集簇性损伤的研究

利用辐照质粒DNA构象变化的分子模型,以DNA糖苷酶Fpg和AP核酸内切酶EndoIII识别并切割辐射所致DNA碱基损伤,将其转换为DNA断裂损伤,通过电泳分析DNA分子构象变化,研究比较γ射线、质子和7Li离子诱发DNA集簇性损伤。50Gy以上高剂量γ辐射对质粒DNA的损伤主要表现为单链断裂(SSB)和很少比例的双链断裂(DSB),并能产生一定水平的集簇性损伤。相比之下,高能质子束和高LET的7Li离子直接所致DNA的断裂损伤以及所产生的集簇性碱基损伤比γ射线的要严重,质子10Gy照射就可诱发明显的集簇损伤。     

三螺旋DNA分子Poly(dT)·Poly(dA)·Poly(dT)碱基振动模式

利用晶格动力学方法计算了三螺旋 DNA分子 poly(d T)· poly(d A)· poly(d T)碱基振动模式 ,并根据势能分布矩阵对碱基振动模式进行了指定。计算的模式频率同拉曼光谱实验相符合     

X射线小角散射研究温度对DNA/磷脂复合物结构的影响

报道由短链DNA和磷脂分子在水溶液中形成的复合物的小角散射研究结果. 水溶液中, DNA分子和阳性磷脂分子自发组装成有序的复合多层膜结构: 脂双层相互平行, DNA夹在脂双层之间, 在垂直于DNA方向呈现一维有序结构. 逐渐升高体系的温度, 磷脂双分子膜柔软增加, DNA向双分子层内塌陷, 使多层膜层间距逐渐减小. 而由于DNA分子是一种刚性分子, DNA之间的距离在所测温度 范围内没有变化.     

Anharmonic Vibrational Signatures of DNA Bases and Watson-Crick Base Pairs

在密度泛函理论水平上研究了从DNA碱基单体到Watson-Crick碱基对的结构、电荷分布、以及非谐性振动参数的变化. 通过研究参与碱基对中多重氢键的NH₂、N-H和C=O的伸缩振动模式,预测了这些模式的对角非谐性常数、非对角非谐性常数、以及非谐性振动耦合对碱基结构变化的敏感性. 研究结果揭示了DNA碱基中非谐性振动势、分子间氢键和静电相互作用之间的内在联系.     

紫外—可见光谱法研究含Schiff碱基双分子膜的构象

测定了不同浓度、不同温度条件下含Ｓｃｈｉｆｆ碱基的单链两亲性化合物在Ｃ１６ＳＢＣ６Ｎ＾＋ＯＨ水溶液的电子吸收光谱。结果表明，两亲性分子在高温低度水溶液中处于较为分散状态，而在低温高浓度水溶液中呈聚集状态。同时，通过量化计算比较，得出了不同聚集态时Ｓｃｈｉｆｆ碱基的构象。     

光谱及等温滴定量热法探究盐酸阿霉素与DNA作用机理

利用荧光光谱法,紫外可见光谱法,红外光谱法,圆二色谱法和等温滴定量热法等手段,对抗癌药物盐酸阿霉素 (DOX) 与DNA的作用过程进行研究,测得了它们的结合常数K_a、结合位点数n、反应焓变ΔH、熵变ΔS及ΔG,且在结合过程中,B型DNA的螺旋结构在一定程度发生改变。荧光光谱的数据显示出显著的猝灭效应, 表明DNA是一个DOX荧光的很好的猝灭剂。红外光谱表明阳离子DOX+通过静电吸引与 DNA 的磷酸基团相互作用,且DOX的碳氢链通过疏水缔合与DNA作用。ITC测定了DOX和DNA相互作用的焓变和熵变,表明DOX的烃链和DNA的碱基之间的疏水性相互作用提供了结合的驱动力。     

新基激复合物探针检测指定序列DNA

研究目的是拓展基激复合物荧光探针方法在检测指定序列DNA中的应用。实验选择细胞色素P450 CYP2C9基因中容易发生突变的包含24个碱基的基因片段作为靶点DNA,选择两个分开的与靶点碱基相对应的包含12碱基的寡核苷酸作为探针,将荧光集团连接到探针末端3′或5′磷酸基上形成荧光探针,两个荧光探针与靶点DNA杂交后自动装备基激复合物荧光系统,实验考察芘的新衍生物与不同荧光团配对、荧光团连接不同位置、不同激发波长对基激复合物形成及发射光谱的影响,芘的新衍生物探针形成的基激复合物在505 nm的特征发射光谱最强,伴随着单体荧光的猝灭和大约120～130 nm的Stokes位移,大大减少了DNA检测过程中的背景干扰,灵敏度高,而且这对荧光物质形成的基激复合物对所处的空间位置及微环境非常敏感,可尝试用于基因遗传多态性的识别。