项目类别：国家自然科学基金委面上项目
项目编号：20874063
参与人员：崔树勋，以及组内学生
起止日期：2009.1-2011.12
（1）指出并验证水环境对DNA的弱干扰是DNA在水溶液中得以形成稳定双链结构的重要前提
长期以来，DNA的溶剂都被默认为水。因此，DNA与水分子的相互作用一直没有受到足够的重视。申请人通过研究单链DNA在无扰状态（非极性有机溶剂中）和水溶液中的单分子力学行为，探测到水分子与单链DNA分子之间的平均相互作用强度为0.58 kBT/重复单元，见下图。与合成水溶性高分子相比较，水分子与单链DNA之间的相互作用明显偏弱。根据这一结果，申请人指出水环境对DNA的弱干扰是DNA在水溶液中得以形成稳定双链结构的重要前提。
（2）通过单分子实验发现双链DNA在从水溶液进入非极性有机溶剂时，在两相界面自发解螺旋，并转变为单链DNA，据此提出了新颖的解旋酶工作机理
一般的生理条件下，DNA以稳定的双螺旋形式存在。但在基因表达、链复制和链修复等过程中，必须打开双螺旋结构以读取基因信息。1970年代科学家发现在细胞内，双链DNA的解旋是由一种分子马达——解旋酶来完成的。然而迄今为止，科学家仍未就解旋酶的工作机理达成共识。申请人通过单分子实验发现双链DNA在从水溶液进入非极性有机溶剂时，在两相界面自发解螺旋，并转变为单链DNA。这一实验结果得到了分子动力学模拟的支持，见下图。申请人据此提出了新颖的解旋酶工作机理，即解旋酶为DNA提供了一个低极性的空腔，由于缺少了疏水力的支持，DNA的双链结构失稳，使得双链DNA在其中自发解旋。这一机理得到了实际验证，有望结束已有30多年的学术争论。