| 题名 | 双链 DNA 解链研究 |
| 作者 | 王晓峰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-01-10 |
| 授予单位 | 中国科学院上海应用物理研究所 |
| 授予地点 | 上海应用物理研究所 |
| 导师 | 方海平 |
| 关键词 | 双链DNA 单分子操纵 弹性力学 碱基水平离散化的DNA模型 DNA解链 碱基堆积相互作用 |
| 其他题名 | The Unzipping Process of Double-stranded DNA |
| 中文摘要 | DNA 的弹性力学性质在许多重要的生物学功能如DNA 的复制、基因的表达及DNA与蛋白质的相互作用起着关键性作用。在DNA 的复制过程中，由解螺旋酶（helicase enzyme）在复制起点双向打开螺旋，形成复制叉（replication fork）,再由DNA结合蛋白与单链结合并向前推进，这样一条双链的DNA就解开成两条单链，进而由DNA聚合酶分别以两条单链为模板通过碱基互补原则合成两条与原双链DNA一样序列的双链DNA。DNA转录是通过RNA聚合酶识别DNA模板上的启动子解开双链，并以一条单链为模板合成信使RNA。 研究DNA 的弹性力学性质不仅有助于研究其生物学功能，还可以开拓物理学新的研究领域。近十年来，单分子操纵技术得到迅猛发展。随着单分子DNA 拉伸、解链、扭曲以及DNA 与蛋白质相互作用等实验的开展，单分子DNA 独特的弹性力学性质逐步展现在人们的面前。但是，目前开展的实验大多数集中在DNA 轴向弹性和扭曲的测量，得到的信息仍是DNA 轴向成千上万个碱基对的平均值。最近德国慕尼黑大学的Krautbauer等人基于原子力显微镜测量了短片断的DNA 的解链力曲线，给出纳米量级的DNA 解链力图谱，将DNA解链分辨率提高到单个碱基水平。这项实验工作给理论工作提供了新的机遇，它要求理论工作能够理解更局域，包括碱基水平DNA 分子的动力学机制。几十年以来已经发展了许多模型来研究DNA 的弹性，主要分为三类：统计模型、原子尺度的模型和碱基水平的模型。而碱基水平离散的DNA弹性模型则是统计模型和原子尺度模型之间连接的桥梁。 本文首先详细介绍了我们组在双链DNA弹性性质的研究方面进行的前期工作。雷晓玲博士在2005年建立了一套碱基水平DNA 离散化弹性模型。这是在周海军、张扬和欧阳钟灿等提出的梯子模型基础上建立起来的。通过分析双链DNA的结构特点，考虑维持双链DNA结构稳定性的糖-磷酸骨架的弹性作用，单链的弯曲能量，配对碱基间的氢键相互作用，以及相邻碱基对间的碱基堆积相互作用建立了一套碱基水平DNA 离散化弹性模型。并利用此模型进行了DNA拉伸的模拟，所得力随相对拉伸的曲线与实验结果符合很好。研究结果表明DNA碱基对一个一个相继打开形成DNA 拉伸曲线的B-到S- DNA 转变平台。 基于我们的碱基水平DNA 离散化弹性模型，本文将原对称的DNA模型改进为更接近B-DNA真实结构的非对称构型，并充实细化了碱基堆积相互作用。详细分析了双链DNA 解链过程。模拟结果发现在DNA解链起始即解开第一个碱基对的时候存在一个高达270 皮牛的峰值，然后是在15皮牛左右振荡的平台。考虑到碱基种类以及相邻碱基对排列类型的不同，得到对应特定序列的DNA解链图谱，发现对于序列上的任意一个碱基的改变，都会在解链图谱上反映出来。对于一段dA-dT 与dC-dG 相间排列的序列，模拟结果与实验也能符合很好。 通过利用该模型进行DNA拉伸和径向压弹性的模拟，我考察了现有模型的兼容性以及扩展性。发现它既能重复原对称模型的拉伸，又能与DNA径向压弹性的实验结果相符合。更进一步的工作将是利用该模型进行双链DNA扭转的模拟，进而使它成为一套完善的DNA弹性理论模型。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-11 |
| 页码 | 108 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/7181]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2004-2010年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王晓峰. 双链 DNA 解链研究[D]. 上海应用物理研究所. 中国科学院上海应用物理研究所. 2008. |
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