項目類別：國家自然科學(xué)基金委面上項目
項目編號：20874063
參與人員：崔樹勛，以及組內(nèi)學(xué)生
起止日期：2009.1-2011.12
（1）指出并驗證水環(huán)境對DNA的弱干擾是DNA在水溶液中得以形成穩(wěn)定雙鏈結(jié)構(gòu)的重要前提
長期以來，DNA的溶劑都被默認為水。因此，DNA與水分子的相互作用一直沒有受到足夠的重視。申請人通過研究單鏈DNA在無擾狀態(tài)（非極性有機溶劑中）和水溶液中的單分子力學(xué)行為，探測到水分子與單鏈DNA分子之間的平均相互作用強度為0.58 kBT/重復(fù)單元，見下圖。與合成水溶性高分子相比較，水分子與單鏈DNA之間的相互作用明顯偏弱。根據(jù)這一結(jié)果，申請人指出水環(huán)境對DNA的弱干擾是DNA在水溶液中得以形成穩(wěn)定雙鏈結(jié)構(gòu)的重要前提。
（2）通過單分子實驗發(fā)現(xiàn)雙鏈DNA在從水溶液進入非極性有機溶劑時，在兩相界面自發(fā)解螺旋，并轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂?/b>DNA，據(jù)此提出了新穎的解旋酶工作機理
一般的生理條件下，DNA以穩(wěn)定的雙螺旋形式存在。但在基因表達、鏈復(fù)制和鏈修復(fù)等過程中，必須打開雙螺旋結(jié)構(gòu)以讀取基因信息。1970年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在細胞內(nèi)，雙鏈DNA的解旋是由一種分子馬達——解旋酶來完成的。然而迄今為止，科學(xué)家仍未就解旋酶的工作機理達成共識。申請人通過單分子實驗發(fā)現(xiàn)雙鏈DNA在從水溶液進入非極性有機溶劑時，在兩相界面自發(fā)解螺旋，并轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂淒NA。這一實驗結(jié)果得到了分子動力學(xué)模擬的支持，見下圖。申請人據(jù)此提出了新穎的解旋酶工作機理，即解旋酶為DNA提供了一個低極性的空腔，由于缺少了疏水力的支持，DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，使得雙鏈DNA在其中自發(fā)解旋。這一機理得到了實際驗證，有望結(jié)束已有30多年的學(xué)術(shù)爭論。