以及利用dna构建分子马达等装置

2017-12-16 11:46

德国慕尼黑理工大学官网8日发布新闻公报称,该校研究人员利用特殊实验装置,首次成功测出dna(脱氧核糖核酸)分子内两个碱基对之间微弱的堆积力(也叫范德华力),大小只有2皮牛顿(10-12牛顿)。这项成果可以帮助科学家更好地理解dna修复等基本生物过程,以及利用dna构建分子马达等装置。

新研究也能帮助科学家研制dna纳米机器,构建分子“工厂”合成储存能量的三磷酸腺苷(atp)等重要复合物。迪特兹正在用dna构建分子旋转马达,可精确控制旋转方向和时间。

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dna分子保持稳定的双螺旋结构依靠两种作用力:碱基之间的氢键和碱基对之间的堆积力,氢键垂直于螺旋轴作用,而堆积力沿着螺旋轴作用。到目前为止,科学家还不清楚氢键和堆积力哪种作用对dna双螺旋的稳定性贡献更大。

该实验装置用微型光棒层叠而成,光棒两端各携带一个碱基对。两个光棒间通过柔性聚合物连接在一起,另一端的碱基对分别与微型球配对,当用激光镊子移走微型球后,两个光棒的碱基对端会相互作用。该装置不仅能测出两个碱基对之间的作用力,还能测出堆积力作用持续的时长。

直接测出碱基对之间微弱的堆积力是一个很大的技术挑战。该校实验生物物理学家亨瑞克·迪特兹、分子生物物理学家马特哈斯·瑞福和理论生物物理学家马丁·扎查拉斯携手合作,经过6年努力,终于开发出一种特殊的实验装置,能用来测量单个分子间极弱的作用力。

为何无论多么光滑的墙壁,壁虎都能在上面爬行自如?为何外界环境变化多端,dna分子却能保持婀娜的双螺旋姿态?它们的法宝都是范德华力。听起来很神奇,范德华力其实是电磁力中的一员,而电磁力又属于科学家目前发现的四种基本相互作用力之一。所以你看,世间万物就是如此万变而不离其宗,它们有的磅礴恢弘,有的细腻微妙,却都是同一首曲子中的音符,这首曲子叫做——“宇宙交响曲”。

研究人员利用该装置测出两个碱基对之间的堆积力只有2皮牛顿,且只能持续几微秒。这个测量结果可以帮助科学家从机械力学方面更好地理解一些重要生物过程。比如,知道堆积力持续时间只有几微秒,在研究dna复制中分离碱基的作用酶时,就可以不用再额外施加力来分离碱基对,只需等待碱基对自行分离。