DNA大分子鏈剛性與構象轉變

《DNA大分子鏈剛性與構象轉變》是依託中國科學技術大學，由梁好均擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：DNA大分子鏈剛性與構象轉變
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：梁好均
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

DNA作為一類特殊的長鏈大分子，其一些最基本的物理性質仍沒被認識清楚。本申請擬以DNA鏈剛性的本源、剛-柔轉變及鏈構象變化中所涉及的基本問題作為重點，從兩個方面展開研究。第一，考察DNA溶液中各類相互作用的離子環境依賴性。第二，通過考察有機小分子/蛋白質與DNA相互作用，研究DNA局部鏈柔性的環境依賴性。理論計算方面：採用第一性原理計算考察核苷酸間相互作用的離子回響；粗粒化模擬考察熵、函競爭物理機制；全原子模擬計算長鏈中各類相互作用貢獻。實驗方面：採用磁鑷技術、DPI觀察DNA鏈構象變化靜態和動態過程；ITC給出伴隨鏈構象轉變相變；Raman、NMR給出伴隨鏈構象變化過程詳細結構信息，包括環境條件改變後DNA大分子構象變化的動態過程、各類相互作用強度變化、結合位點位置及位點處作用強度等。 如此，結合理論計算和實驗考察DNA剛性物理本質。

結題摘要

理論計算與模擬：鹼基剛柔性研究表明六元嘧啶環的剛柔性與環中所包含雙鍵的數量及鹼基配對形式密切相關；DNA鏈骨架中性化模型研究表明磷酸骨架的電荷是通過影響離子在DNA大小溝槽內游離電荷的分布對DNA鏈的剛柔性產生影響；DNA複製過程中端粒酶TelK與DNA作用機理研究表明TelK能使得DNA在小尺度下產生較大彎折並積蓄較大的彈性勢能；有機分子配體對hTel四聚體構象影響的研究表明環鹼基間與G4平面間的堆疊和氫鍵作用是形成四聚體穩定構象的主要因素；DNA粗粒化粒子模擬表明高分子彎曲能、構象熵和原子交疊熵之間的相互競爭導致受限於適度大小空間中的半剛性高分子更易形成螺旋結構。實驗方面：含富G鹼基DNA構象轉變動力學研究表明其構象轉變路徑及轉變速率與金屬離子類型密切相關，闡明了重金屬離子的基因毒性原因；汞/銀離子與T/C鹼基相互作用研究發現作用強度與鹼基在鏈上的位置相關，離子加入次序對結合位點及DNA構象產生影響；據磁鑷拉伸曲線推斷乙醇誘導DNA單分子凝聚呈亞穩球拍狀結構；通過光降解控制toehold形成並籍此實現了光引發DNA雜交鏈增長反應的調控；藉助DNA分支遷移反應構建了DNA分子機器驅動納米金粒子組裝，實現了組裝速率的多參數調控和簡單邏輯運算構建，此方法有望套用於DNA單鹼基突變檢測及更複雜邏輯運算之中。 項目執行期間，培養畢業博士研究生10名，碩士研究生9名，博士後3名。發表文章36篇，其中Nucleic Acids Res一篇，JACS兩篇，其中之一被JACS雜誌以“DNA GETS THE GOLDEN TOUCH”為題報導在Spotlights on Recent JACS Publications(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12879)。