生物谷：杜克大學(xué)Pratt工程學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了科學(xué)家了解使DNA形成雙螺旋所需的物理作用過程中丟失的關(guān)鍵一環(huán),。
機(jī)械工程和材料學(xué)教授Piotr Marszalek解釋說，DNA穩(wěn)定性是了解生命過程中所有因子的基礎(chǔ),。如果想要?jiǎng)?chuàng)造出精確的DNA模型來研究它與蛋白質(zhì)或藥物的相互作用,。因此,，我們需要對(duì)賴以穩(wěn)定DNA的力量進(jìn)行精確地測(cè)量。
在一項(xiàng)發(fā)表在7月5日的Physical Review Letters上的研究中,，Marszalek的研究組報(bào)道說,，他們首次直接測(cè)量了相互傳繞形成互補(bǔ)雙鏈分子的DNA單鏈中的力量。這項(xiàng)研究由美國健康研究院和美國科學(xué)基金資助,。
每個(gè)DNA鏈包括一個(gè)糖分子和磷酸骨架,，其上附著四個(gè)堿基中的一個(gè)。單個(gè)鏈內(nèi)部相互作用的力量很大程度上來自堿基間的化學(xué)吸引,。但是雙鏈DNA的完整性則依賴沿著雙螺旋的堿基間的堆積力和互補(bǔ)堿基之間配對(duì)的力量。
堿基堆積力是堿基對(duì)之間在垂直方向上的相互作用，可以使DNA分子層層堆積,，分子內(nèi)部形成疏水核心,，這對(duì)DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是很有利的，堿基堆積力對(duì)維持DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)起主要作用,。
早期的研究多集中在相對(duì)的堿基間的化學(xué)鍵,，通過解開兩鏈來測(cè)量它們之間的力量。對(duì)完整DNA的研究讓研究人員很難將堆積力與堿基配對(duì)力量分開,。
為了解決這個(gè)問題,，杜克大學(xué)的研究人員利用一種原子力顯微鏡(AFM)來捕獲DNA鏈中堿基間的吸引力。DNA分子的糖和磷酸骨架中的化學(xué)鍵仍然保持完整,，因此對(duì)力量測(cè)量的影響非常輕微,。
他們將一端固定在金屬上的單鏈用力拉開并測(cè)量在拉的時(shí)候力量的變化。這種AFM技術(shù)能夠精確測(cè)量單個(gè)分子中的力,。
他們通過測(cè)量兩種類型的合成DNA鏈捕捉到了堆積力,。這兩條合成鏈其中一個(gè)是由胸腺嘧啶構(gòu)成（已知胸腺嘧啶之間的吸引力是最弱的），而另外一個(gè)則是由腺嘌呤構(gòu)成（已知腺嘌呤間的吸引力是最強(qiáng)的）,。由于化學(xué)力的差異,，這兩種單鏈DNA展現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)。腺嘌呤單鏈以一種相當(dāng)規(guī)則的形式卷成它們自己的螺旋,，而胸腺嘧啶鏈則創(chuàng)新出一種更隨機(jī)的形狀,。
純的腺嘌呤鏈在彈性形式上也比預(yù)測(cè)的要更加復(fù)雜。當(dāng)他們逐漸加大拉伸腺嘌呤鏈的力量時(shí),，研究人員注意到了在23和113皮牛（pico-Newtons）的力量水平時(shí)的兩個(gè)位置,。這些峰值反映出雙螺旋的斷裂和展開。由于堿基間沒有鍵可以斷開,，因此胸腺嘧啶鏈對(duì)拉伸的抵抗力很小,，因此沒有這種特殊點(diǎn)。
DNA雙鏈如螺旋般盤繞,，構(gòu)成了我們生命遺傳物質(zhì)DNA（脫氧核糖核酸）的完美結(jié)構(gòu),。
１９５３年４月２５日，年僅２５歲的沃森與同在劍橋大學(xué)的合作伙伴弗朗西斯·克里克一起,，在英國《自然》雜志上發(fā)表了一篇僅兩頁的論文,，提出了ＤＮＡ的結(jié)構(gòu)和自我復(fù)制機(jī)制。這篇論文被普遍視作分子生物學(xué)時(shí)代的開端,。
英國科學(xué)家羅莎琳德·富蘭克林和莫里斯·威爾金斯通過Ｘ射線衍射獲得的ＤＮＡ晶體結(jié)構(gòu)照片對(duì)這一發(fā)現(xiàn)起到了重要作用,。沃森、克里克和威爾金斯共同獲得１９６２年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),。
原始出處:
Phys. Rev. Lett. 99, 018302 (2007)
Direct Measurements of Base Stacking Interactions in DNA by Single-Molecule Atomic-Force Spectroscopy
Changhong Ke,1 Michael Humeniuk,1 Hanna S-Gracz,2 and Piotr E. Marszalek1
1Department of Mechanical Engineering and Materials Science, Center for Biologically Inspired Materials and Material Systems, Duke University, Durham, North Carolina, USA
2Department of Molecular and Structural Biochemistry, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, USA
(Received 22 January 2007; published 5 July 2007)
We investigate the elasticity of two types of single-stranded synthetic DNA homopolydeoxynucletides, poly(dA) and poly(dT), by AFM-based single-molecule force spectroscopy. We find that poly(dT) exhibits the expected entropic elasticity behavior, while poly(dA) unexpectedly displays two overstretching transitions in the force-extension relationship. We suggest that these transitions, which occur at ~23 pN and ~113 pN, directly capture, for the first time, the mechanical signature of base-stacking interactions among adenines in DNA, in the absence of base pairing.
