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     

位置涨落对DNA分子电子结构的影响

在紧束缚模型基础上，研究了位置涨落对碱基对周期排列的有序DNA分子的能带结构和电子态的影响，并分析了DNA分子的导电性.计算发现：随涨落的增强，带隙变小，同时，电子态倾向于局域化.室温下DNA分子的导带底电子态将呈现出较强的局域行为，因此，即使对有序排列的DNA分子，带输运理论在室温下也可能不再适用. 关键词： DNA 涨落 带隙 电子态     

应用分子梳技术对DNA与组蛋白相互作用的研究

利用分子梳技术对λ DNA和组蛋白的相互作用进行了研究. 通过这种简单有效的方法，我们将λ DNA分子拉伸到26—28 μm，相当于其原长（约162 μm）的16—17倍. 当组蛋白与DNA结合后，DNA分子发生凝聚现象，复合体的拉伸长度明显变短，其峰值分布在10—14 μm之间. DNA 组蛋白复合体的拉伸长度与组蛋白的浓度、与碱基对和荧光染料的比例有显著的关系. 关键词： 分子梳 组蛋白 DNA 荧光显微     

单分子操纵与单分子生物物理

文章介绍了近年来发展起来的一些单分子操纵实验技术如光镊、磁镊、微针、斯托克斯拖曳技术，以及应用这些技术拉伸、旋转、解链DNA分子，从而研究其力学性质所取得的研究进展．各种蛋白质如T7 DNA聚合酶、拓扑异构酶，SWI／SNF染色质重建复合体、RNA聚合酶与DNA的作用在生化过程中十分重要，因此，文章也介绍了这些蛋白质与DNA在单分子的水平上相互作用所取得的研究进展．     

DNA分子链电子结构特性研究

在单电子紧束缚近似下，建立了一维无序二元DNA分子链模型，计算了链长为2×10⁴个碱基对的DNA分子链的电子态密度、局域化特性，并探讨了碱基对的不同组分、格点能量无序度对电子局域态的影响.结果表明：由于DNA分子链中格点能量无序及碱基对的不同组分的存在，其电子波函数呈现出局域化的特性，而局域长度作为衡量电子局域化程度的一个尺度，受碱基对的组分及格点能量无序度的影响. 关键词： DNA分子链 电子结构 电子局域态 局域长度     

DNA分子能带结构与电子态研究

DNA分子链内的巡游电子数与其结构和位形密切相关，可变的电子数会导致这类软物质费米面处能带结构的变化.在紧束缚近似下，计入电子 晶格的相互作用，计算了DNA分子不同巡游电子数下的能带结构及态密度，对碱基对不同排列情况下DNA分子可能的电属性进行了讨论. 关键词： DNA 态密度 电晶相互作用     

碱基对组分、电极位能及界面耦合对DNA分子I-V特性的影响

在紧束缚近似下,利用传输矩阵方法,计算研究了碱基对组分、金属电极位能及DNA分子与电极耦合强度对DNA分子I-V特征的影响.计算结果表明:由单一碱基对构成的DNA分子的饱和电流强度远大于由两种碱基对按一定组分随机分布的DNA分子的饱和电流强度,且当DNA分子中两种碱基对的含量相等时,其饱和电流强度最小.同时,富含C-G碱基对的DNA分子比富含A-T碱基对的DNA分子的电子输运能力大.金属电极位能对DNA分子电子输运的影响体现在两方面,当偏压较小时,电极位能具有阻碍电荷注入的效果,当偏压较大时     

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.     

DNA在熵受限管道中穿越过程的计算机模拟

利用Metropolis Monte-Carlo动力学方法结合键长涨落算法，模拟了单链DNA分子在电场作用下穿越熵受限管道的动力学过程.结果表明，DNA分子穿越管道时将经历无规迁移、受限迁移及快速迁移等几个显著不同的阶段.平均迁移率随外场增加而增大并最终达到饱和值μ0，受限时间的对数与所加场强的倒数之间基本满足线性关系.模拟结果不仅与文献所给的实验结果基本一致，而且还可以提供实验不能直接观察到的DNA分子较为详细的穿越过程.     

对DNA堆垛力的直接测试

DNA分子是一个科学家们非常关注的重要大分子。常见的双绞合DNA分子，它的内部具有两种特征性的作用力：一个是沿着双螺旋长度方向在碱基间的堆垛力；另一个是在反向碱基之间的配对力，配对力的大小会影响螺旋线的螺圈。从1990年起就一直对双绞合DNA分子的弹性数据进行测定，但测定出的数据中却很难将堆垛力与配对力区分开。     

一种改进型单分子操纵装置及其应用

改进了单分子横向磁镊装置,可以直接用于观察单个DNA分子的伸长和扭转并随时更换样品池内的溶液,还可以同时操纵多个DNA分子,大大提高实验效率.此方法可以提供01到40pN范围的拉力,足以满足大部分单分子DNA实验的要求.用该装置实时观测到了DNA分子在拉力作用下的伸长以及在旋转磁场作用下的扭转,并成功地观察到了分子马达拉动DNA的动力学过程,从而验证了该装置的实用性. 关键词： 横向磁镊 单分子操纵 DNA拉伸 DNA扭转     

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。     

DNA分子力学性质的测量

利用单分子实验技术测量了DNA分子的力学性质.通过生化手段将单根DNA分子连在顺磁小球与玻璃侧壁之间,利用磁铁对顺磁球施加力进而拉伸DNA.图像分析得到小球运动的轨迹以及DNA的长度,利用均分定理可以求得施加的外力.测量发现在外力作用下DNA分子的力学反应与高分子物理学的蠕虫状链模型符合良好.     

用液流操纵单个DNA分子形成纳米悬链线图形

首先用液流拉伸单分子DNA,使其吸附在修饰过的云母基片上.然后让二次液流沿着垂直于已拉伸的DNA的方向流过云母片,用原子力显微镜(AFM)观测,可见DNA单分子片段在基片上形成了一些纳米尺度的悬链线.提出一种“S悬桥”模型能定量地解释这一现象.该研究工作揭示,在DNA的单分子操作中,经典的弹性力学理论足以描述和控制DNA分子二维图形的形成 关键词： DNA 单分子DNA操纵 原子力显微镜(AFM) 纳米悬链线     

非均匀外力对粗粒化DNA穿孔行为影响的模拟研究

通过建立DNA高分子的粗粒化模型,采用分子动力学方法模拟其穿孔行为,研究了不同的孔内非均匀外力对DNA高分子穿孔的影响.外力及高分子链内部势能在分子水平下对单体的综合作用很复杂,某些条件穿孔过程会产生后面粒子超过前面粒子而使高分子链堵塞在孔内的情况.研究还发现,穿孔行为是否成功与孔口力的大小有关,在成功穿孔的情况下,非均匀外力相比于恒力情况穿孔时间至少减少了1/2.这些结果对理解DNA复杂的穿孔机理提供了新的视角.     

单链DNA在受限环境中伸展的Monte Carlo模拟

将MonteCarlo方法和键长涨落算法相结合,模拟了受限于两平行平面间的单链DNA分子在外力作用下的伸展以及撤除外力以后弛豫的动力学过程,研究了受限程度对DNA分子的伸展长度及弛豫过程的影响.结果表明,随着受限程度的增加,DNA分子链的构象更加伸展,这主要是由于随着平面间距的减少,DNA分子不同链段之间流体力学相互作用将会被平面屏蔽所致,受限程度不同时DNA分子的弛豫过程进一步证实了这一点.DNA分子的伸展长度(即末端距)随着流速的变化关系与文献给出的实验结果及其对此所做的理论分析是基本一致的.     

DNA微环拓扑性质的Monte Carlo模拟

基于微环DNA分子柔性铰链机制,利用Monte Carlo模拟研究不同长度微环DNA分子(小于500 basepairs)的构象能及各片断之间的关联性质,给出含有柔性铰链的微环DNA分子直接构象信息和相应的拓扑性质.     

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。     

DNA分子链的电子局域性质及电导的研究

将一维随机二元固体模型应用于DNA分子链，利用传输矩阵方法来研究系统电子态的局域性质并进而讨论系统的导电性质.对一个链长为50000个碱基对的DNA序列，数值分析了局域长度和电导随碱基对的摩尔百分数、本征能量和无序度的变化关系.结果表明，系统的局域长度和电导强烈地依赖于能量，在能带中心部分局域长度大于边沿部分.无序度也在一定程度上影响着局域长度，双方成反向变化的关系.对有限长度的DNA分子链，局域长度体现出明显的对碱基对摩尔百分数的依赖关系，对正常成分比例的随机DNA序列，在所有能量范围内系统的态都是局域的，系统的电导很小，系统呈现绝缘体行为.仅当一种碱基对在序列中所占比例很小时，系统中可以发现与特定分立能量值相对应的“扩展态”存在，处在这些态下的系统有较大的电导，但这些扩展态是不稳定的，在热力学极限之下会消失. 关键词： DNA分子链 电子局域 局域长度 电导     

拉直的单个DNA分子的全内反射荧光实时成像研究

全内反射荧光(TIRF)成像技术利用穿透深度仅200 nm左右的隐失波来激发诱导荧光,探测灵敏度和图像信噪比大大提高,成为单分子研究的有力工具。分子梳技术利用DNA末端与固体表面的结合力和周围流体流动产生的侧向力将DNA分子拉伸并平铺在表面上。结合这两种技术,对分子梳拉直的单个DNA分子进行了清晰的实时荧光成像,发现TIRF成像条件下DNA分子与荧光探针YOYO-1组成的复合体可自然避免发生光敏断裂现象;实时监测了单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白过程,通过对激发光照射时间与探测器曝光时间进行同步控制,可大幅降低光漂白程度,为拉直的单个DNA分子的长时间实时观察和成像研究优化了实验条件,为实时、可视化地研究其与蛋白质相互作用的动力学过程奠定了基础。