Category of Research Project：國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目
Number of Research Project：20874063
list of participants ：崔樹勛，以及組內(nèi)學(xué)生
beginning and ending dates ：2009.1-2011.12
（1）指出并驗(yàn)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(rèn)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(jī)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙鏈DNA在從水溶液進(jìn)入非極性有機(jī)溶劑時(shí)，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(jī)理
一般的生理?xiàng)l件下，DNA以穩(wěn)定的雙螺旋形式存在。但在基因表達(dá)、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(xì)胞內(nèi)，雙鏈DNA的解旋是由一種分子馬達(dá)——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(jī)理達(dá)成共識(shí)。申請人通過單分子實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙鏈DNA在從水溶液進(jìn)入非極性有機(jī)溶劑時(shí)，在兩相界面自發(fā)解螺旋，并轉(zhuǎn)變?yōu)閱捂淒NA。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了分子動(dòng)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(jī)理，即解旋酶為DNA提供了一個(gè)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(jī)理得到了實(shí)際驗(yàn)證，有望結(jié)束已有30多年的學(xué)術(shù)爭論。