解开生命之谜的罗塞达石碑 ——纪念沃森、克里克发现DNA双螺旋结构50周年

1953年2月28日,在英国剑桥的伊尔(Eagle)酒馆,37岁的英国科学家克里克向在场吃午饭的人(主要是一些科学家)宣布,他和25岁的美国同事沃森已经完成了一项伟大的科学发现——建立了DNA双螺旋结构分子模型,从而揭示了生命的奥秘。消息传出,满座皆惊。不久,他们的论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的结构》和《脱氧核糖核酸结构的遗传学意义》两篇文章相继于4月25日和5月30日在英国权威科学杂志《自然》上刊出。     

Z-DNA的发现者一里奇

1953年,沃森和克里克双螺旋模型的提出标志着现代分子生物学诞生,从而使生命科学研究进入了一个崭新的时代。在随后的一段时间内,生命科学领域取得了一系列辉煌的成就,诞生了大量科学大师和伟大科学家。许多工作都获得了诺贝尔奖,对今天的分子生物学研究产生了巨大的影响。但是,一些未获诺贝尔奖的研究成果同样推动了分子生物学的发展。比如在RNA表达和调控的研究领域,20世纪50～70年代的RNA结构解析与Z-DNA的发现就是重要的基础。做出这些重要发现的就是美国著名生物物理学家亚历山大·里奇（AlexanderRich）（图1）。     

双股寡聚d(G-C)6 DNA Z-构象的形成及其构象转换的动态研究

研究揭示,生物信息的形成,传递与DNA构象的多样性,特别是其中的左手螺旋Z-构象DNA（Z-DNA）相关.在机体DNA链中,普遍存在的特异序列结构d（C-G）n和d（G-C）n片段易形成Z-构象.但对d（G-C）n序列结构的寡聚体Oligo-d（G-C）n,（n小于8）能转换形成Z-DNA片段少见报道.为促进对Z-DNA尤其是其中的短片段Z-DNA与生物功能的相关性研究,我们对合成并纯化后的寡聚体Oligo-d（G-C）n,n分别为4,6,8,10, 及Oligo-d（C-G）6和多聚体poly-d（G-C）500-900进行Z-构象的形成和其构象转换的比较研究.研究结果发现：①d（GpCpGpCpGpCpGpCpGpCpGpC）是d（G-C）n序列结构中能转换形成Z-构象的最短片段（n＝6）.其转换成Z-构象能力有链长依赖性（poly d（G-C）500-900易于Oligo-d（G-C）6）;②Oligo-d（G-C）6的Z-构象形成能力因溶液中的介质性质不同而异.Co（NH3）3＋〉Mg2＋〉Na＋;C1O-4〉Cl-,因此要求盐溶液的浓度差异很大.③PH7.2,室温条件下,在MgCl2, NaClO4, NaCl溶液浓度分别由0 mol/L增至6.0 mol/L,Oligo-d（G-C）6的B、Z构象转换都出现：B-构象相对稳定期,B-、Z-构象转换跃迁期和Z-构象相对稳定期.每个阶段要求跨越的盐浓度变迁范围也因所用介质而异.当溶液中Oligo-d（G-C）6 B-构象、Z-构象各占50%（θ1/2）时,其盐浓度分别为1.72 mol/L（MgCl2）,2.88 mol/L（NaClO4）,3.85 mol/L（NaCl）.④Oligo-d（G-C）6的B-,Z-构象转换程度受盐浓度影响：当Oligo-d（G-C）6处于最适条件和不同盐溶液其浓度为θ（12）浓度时,温度由8 ℃→22 ℃,在MgCl2,NaClO4溶液中的Oligo-d（G-C）6形成Z-构象能力增加,当由22 ℃→60 ℃,MgCl2溶液中的Z-构象Oligo-d（G-C）6加速增加,而在NaClO4溶液中则是急速向B-型Oligo-d（G-C）6方向转换;温度变化对处于NaCl溶液中的Oligo-d（G-C）6B-、Z-构象相对平衡影响较小.⑤甲基化胞嘧啶即Oligo-d（G-mC）6或d（mC-G）6均增大Z-构象形成能力.⑥在4 mol/L MgCl2溶液中的Oligo-d（G-C）6或Oligo-d（C-G）6或poly d（G-C）500-900的UVab谱、UVcd谱均显示出非B-型或Z-型DNA的新谱型.并且有链长依赖性和因溶液浓度改变出现构象可逆性转变.提示在Oligo-d（G-C）6的构象转换过程中可能存在新构象＂X＂型,即BZX构象转换模式.     

从20世纪诺贝尔奖看生命科学发展

20世纪是生命科学突飞猛进的世纪。物理和化学广泛而又深刻地渗入生命科学,全面改变了生命科学的面貌。1900年,随着孟德尔(G．Mendel,1882-1884)发现的遗传定律被重新提出,生物学迈进第2个阶段——实验生物学阶段。诺贝尔生理或医学奖就是在这个时期开始的。1953年美国科学家沃森(J．D．Wat-     

电压门控离子通道功能与结构分子模型

离子通道是细胞膜上特殊跨膜蛋白构成的亲水孔道,越来越多的证据表明其与兴奋性,腺体分泌、机体运动、甚至学习和记忆行为等重要生理现象密切相关,由此该领域成为当今年生命学科广为注目的前沿之一。本将简要介绍离子通道的分类和功能,并侧重阐明通道压控原理有压控通道的跨膜拓扑结构和功能分子模型。     

DNA连接酶的结构与功能

在ＤＮＡ合成中 ,合成方向为 5′→ 3′ ,即一条链上是连续复制的 ,而另一条链的复制是不连续的 ,必须先合成岗崎片段 (真核细胞的岗崎片段为 10 0ｂｐ ,原核细胞的为 10 0 0ｂｐ)。ＤＮＡ连接酶的作用就是催化岗崎片段的连接以完成ＤＮＡ的合成。另外 ,ＤＮＡ连接酶在ＤＮＡ修复过程中也起重要作用 ,如在切除修复中 ,切除损伤的ＤＮＡ片段 ,以未受损伤的链作为模板合成一条新的ＤＮＡ链后 ,ＤＮＡ连接酶将新合成的ＤＮＡ链与原来的ＤＮＡ链之间的缺口封闭完成ＤＮＡ的修复。ＤＮＡ链未封闭的缺口对细胞具有潜在的危险性 ,所以 ,ＤＮＡ连接…     

大肠杆菌二硫键形成相关蛋白的结构、功能及其在基因工程表达外源蛋白上的应用

大肠杆菌分泌蛋白二硫键的形成是一系列蛋白协同作用的结果,主要是Dsb家族蛋白,迄今为止共发现了DsbA、DsbB、DsbC、DsbD、DsbE和DsbG。在体内,DsbA负责氧化两个巯基形成二硫键,DsbB则负责DsbA的再氧化。DsbC和DsbG负责校正DsbA导入的异常二硫键,DsbD则负责对DsbC和DsbG进行再还原,DsbE的功能与DsbD类似。除了直接和二硫键的形成相关外,DsbA、DsbC和DsbG都有分子伴侣功能。它们的分子伴侣功能独立于二硫键形成酶的活性并且对二硫键形成酶活性具有明显的促进作用。基于Dsb蛋白的功能特性,利用它们以大肠杆菌为宿主表达外源蛋白,特别是含有二硫键的蛋白,取得了很多成功的例子。本文简要介绍了这方面的进展,显示Dsb蛋白在促进外源蛋白在大肠杆菌中以可溶形式表达方面具有广阔的应用前景。     

DNA进化马尔可夫过程模型的评价与推广

本文对ＤＮＡ序列进化过程中核苷酸替代的随机模型进行了评价,对替代速率在时间和空间上不恒定的情形进行了考察和推广。Ｌａｎａｖｅ等（１９８４）曾提出一个模型,宣称对替代的模式未做任何假定,但事实上我们证明它假定替代过程是可逆的。运用２－ｐ、４－ｐ和６－ｐ模型进行的计算表明替代速度在位点间的差异会造成估计的替代数严重偏低,并且替代数越大,偏差也越大。替代模式在位点间的差异也会造成估计值偏低,但偏差不严重     

真核细胞DNA聚合酶δ的结构与功能

DNA聚合酶δ(Polδ)在真核细胞的DNA复制过程中具有核心酶的作用,同时还参与DNA的修复。Polδ是一种由多个亚基组成的复合体,目前已从哺乳动物、裂殖酵母和芽殖酵母等多种真核生物细胞中分离出,并对它们的亚基组成进行了分析,但还未得到确切一致的结果。Polδ在DNA复制中的具体作用已基本了解,它参与催化整个前导链的复制以及一些或大部分滞后链的复制。此外,Polδ还参与DNA的修复,此酶的这一功能可减少DNA的变异,但目前对其作用机理还知之较少。在Polδ活性调控方面,主要研究了一些相关蛋白因子对Polδ活性的调控作用以及转录因子对催化亚基表达的调控作用。     

DNA光解酶的结构与功能研究进展

对近年来在包括酶蛋白、辅酶的DNA光解酶结构及其与功能关系方面的研究进展作了综述.DNA光解酶可通过光诱导的电子转移催化裂解环丁烷嘧啶二聚体(Pyr<>Pyr),从而修复紫外线引起的DNA的主要损伤.研究发现,来自不同有机体的光解酶均含有两个非共价的辅基一个是1,5-二氢黄素腺嘌呤二核苷酸(FADH2),另一个是次甲基四氢叶酸(MTHF)或8-羟基-5-去氮杂核黄素(8-HDF),前者具有催化活性,可在光作用下通过电子转移裂解嘧啶二聚体,后者不具有催化活性,但能收集光子并将能量传递给FADH2,具有“天线”作用.     

《自然－结构与分子生物学》：科学家揭示DNA解旋机理

美国斯克利普斯研究院（TSRI）的研究人员近日揭示了大分子机器如何解开细胞核内长而纠结的DNA链。这种DNA解旋极为重要,它能指导合成具有许多特定功能的蛋白。相关研究论文在线发表于11月23日的《自然－结构与分子生物学》（Nature Structural＆Molecular Biology）上。     

α-螺旋型抗菌肽结构参数与功能活性的关系

随着耐药病原菌出现,寻求更为安全有效的新型抗菌制剂迫在眉睫。抗菌肽具有广谱抗菌活性,杀菌快,不易产生耐药性等优点,是理想的新型抗菌剂,具有广阔前景。α-螺旋型抗菌肽是抗菌肽中的一大类。本文从α-螺旋型抗菌肽螺旋度,疏水力矩,疏水性,净正电荷数等方面阐述了结构与功能关系,及构效关系在α-螺旋抗菌肽分子设计与改造中的应用。     

钙离子对江浙蝮蛇毒酸性磷脂酶A2结构与功能的影响

钙离子在江浙蝮蛇毒酸性磷脂酶Ａ２中的作用是多方面的,它不仅能够引起酸性磷脂酶Ａ２在溶液中构象的变化,而且对该酶活性有较大的影响,Ｃａ＾２＋为酶活力所必需,当Ｃａ＾２＋浓度达到０．０６ｍｍｏｌ／Ｌ时,酶表现出很的活力;Ｃａ＾２＋浓度超过０．５ｍｍｏｌ／Ｌ时,催化反应出现一个明显的延滞期。化学修饰表明Ｈｉｓ４７在表现活力方面起重要作用,Ｃａ＾２＋的存在可降低其修饰反应的速度,提示这是由于Ｃａ＾２＋引起     

结构特异性核酸酶FEN-1的功能和结构

FEN-1(flap endo/exonuclease)是一种结构特异性核酸酶,它能识别特定的DNA分叉结构,并切除含有游离5′端的单链核酸. 在DNA复制过程中,FEN-1通过其外切酶、内切酶活力去除了冈崎片段前端RNA引物的最后一个核糖核苷.在DNA修复中,FEN-1以其内切酶活力参与了损伤碱基的修复过程.FEN-1基因含有两个保守区和一个PCNA结合区.     

DNA单链二级结构预测与单链构象多态性分析的一致性研究

单链构象多态性(SSCP)分析是一种简便,快速检测DNA突变的方法,它在基因突变检测、遗传分析、进化研究等领域有着广泛的应用价值.但是这种方法的突变检出率随DNA序列不同而变化,一般只能达到70%～80%.这主要是有的碱基突变对单链DNA的构象影响较小,不能通过SSCP检测出来.将计算机对DNA二级结构的预测结果和实验结果作了对比,发现二者有很高的一致性.这一结果表明计算机的DNA单链二级结构预测分析可用于PCR-SSCP分析的辅助设计,提高SSCP的突变检出率.     

分子伴侣结构与功能的研究进展

分子伴侣是细胞内一类能够协助其他多肽进行正常折叠、组装、转运、降解的蛋白,并在 DNA的复制、转录,细胞骨架功能,细胞内的信号转导等广泛的领域,都发挥着重要的生理作用,其结构与功能异常会导致多种相关的疾病。简要综述了分子伴侣结构与功能方面的研究进展。     

DNA的G—四联体螺旋结构

ＤＮＡ的Ｇ┐四联体螺旋结构刘定燮王昌才（第一军医大学分子生物学研究所,广州５１０５１５）关键词ＤＮＡＧ－四联体螺旋端粒是由独特的ＤＮＡ序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体末端结构,它参与稳定染色体末端及其精确复制等过程。端粒ＤＮＡ一般由富含Ｇ的简单重...     

动物线粒体基因组的结构与功能

线粒体是真核细胞内重要的细胞器,是氧化磷酸化的场所。一个典型的哺乳动物细胞含有数百个线粒体,每个线粒体含有多个双链的环状DNA基因组。