DNA分子在所有生命形態(tài)中扮演著遺傳信息載體的角色,，對(duì)紫外光的修改具有高度的抵抗性,，但要理解其光穩(wěn)定性的機(jī)制還存在一些令人費(fèi)解的問(wèn)題。一個(gè)重要方面是,，構(gòu)成DNA分子的4種堿基之間的相互作用,。德國(guó)基爾大學(xué)的研究人員成功地證明，DNA鏈因其堿基序列而有不同的光敏感性,。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)刊登在最近出版的《科學(xué)》雜志上,。
科學(xué)家們?cè)缇土私獾剑瑢?duì)包含在DNA中的遺傳信息進(jìn)行編碼的個(gè)別堿基具有高度光穩(wěn)定性,，當(dāng)它們吸收了來(lái)自紫外光輻射的能量時(shí),，這些能量會(huì)立刻再次釋放。但令人驚訝的是,，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在包含有眾多堿基的DNA中,，這些機(jī)制變得失效或只是部分有效。因此,，科學(xué)家們推斷,，紫外光激發(fā)的DNA分子的失活，必定由某種完全不同的,、DNA特有的機(jī)制所取代,。通過(guò)以各種方法測(cè)量具有不同堿基序列的DNA分子，德國(guó)基爾大學(xué)理化研究所弗里德里希?泰姆普斯教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組終于證實(shí)并闡明了該種假設(shè),。
泰姆普斯教授表示,，DNA通過(guò)其復(fù)雜的雙螺旋結(jié)構(gòu)達(dá)成其高度的光穩(wěn)定性。在單股DNA鏈中,，堿基之間的相互作用是一個(gè)堆疊在另一個(gè)之上,，而且在雙螺旋中，兩個(gè)互補(bǔ)單股的堿基對(duì)之間的氫鍵發(fā)揮了關(guān)鍵作用,。通過(guò)觀察到的不同交互作用,，DNA在某種程度上自己達(dá)成了“太陽(yáng)防護(hù)”,。
論文作者尼娜?施瓦爾博在合成DNA分子中的過(guò)程中研究了各種不同的堿基組合,。利用飛秒脈沖激光光譜學(xué)，她測(cè)量了每種組合所釋放出來(lái)的特征能量,。她發(fā)現(xiàn),，對(duì)某些堿基組合而言，這些熒光發(fā)射的“壽命”只有約100飛秒，但對(duì)其他組合而言,，時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)千倍,。
對(duì)于該研究結(jié)果，尼娜評(píng)論道：“我們研究了光物理特性,，發(fā)現(xiàn)不同的堿基組合具有廣泛的熒光發(fā)射壽命差異,，這將導(dǎo)致開(kāi)發(fā)出一種利用激光直接識(shí)別某些遺傳序列的新診斷方法，而無(wú)須像現(xiàn)有方法那樣以染料標(biāo)記DNA,。”
泰姆普斯解釋說(shuō),，在納米電子學(xué)領(lǐng)域中，合成DNA已被證明能當(dāng)作“納米線”使用,?；谶@些分子不同的反應(yīng)時(shí)間，有朝一日或許能使用激光脈沖來(lái)“開(kāi)關(guān)”特定分子,。在某些情況下,，甚至有可能用DNA制造出通過(guò)氫鍵的鍵合來(lái)工作的晶體管。（生物谷Bioon.com）
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Science 10 October 2008: Vol. 322. no. 5899, pp. 243 - 245 DOI: 10.1126/science.1161651
Base Sequence and Higher-Order Structure Induce the Complex Excited-State Dynamics in DNA
Nina K. Schwalb and Friedrich Temps
The high photostability of DNA is commonly attributed to efficient radiationless electronic relaxation processes. We used femtosecond time-resolved fluorescence spectroscopy to reveal that the ensuing dynamics are strongly dependent on base sequence and are also affected by higher-order structure. Excited electronic state lifetimes in dG-doped d(A)20 single-stranded DNA and dG·dC-doped d(A)20·d(T)20 double-stranded DNA decrease sharply with the substitution of only a few bases. In duplexes containing d(AGA)·d(TCT) or d(AG)·d(TC) repeats, deactivation of the fluorescing states occurs on the subpicosecond time scale, but the excited-state lifetimes increase again in extended d(G) runs. The results point at more complex and molecule-specific photodynamics in native DNA than may be evident in simpler model systems.
