項目類別：國家自然科學基金委面上項目
項目編號：20874063
參與人員：崔樹勛，以及組內學生
起止日期：2009.1-2011.12
（1）指出并驗證水環境對DNA的弱干擾是DNA在水溶液中得以形成穩定雙鏈結構的重要前提
長期以來，DNA的溶劑都被默認為水。因此，DNA與水分子的相互作用一直沒有受到足夠的重視。申請人通過研究單鏈DNA在無擾狀態（非極性有機溶劑中）和水溶液中的單分子力學行為，探測到水分子與單鏈DNA分子之間的平均相互作用強度為0.58 kBT/重復單元，見下圖。與合成水溶性高分子相比較，水分子與單鏈DNA之間的相互作用明顯偏弱。根據這一結果，申請人指出水環境對DNA的弱干擾是DNA在水溶液中得以形成穩定雙鏈結構的重要前提。
（2）通過單分子實驗發現雙鏈DNA在從水溶液進入非極性有機溶劑時，在兩相界面自發解螺旋，并轉變為單鏈DNA，據此提出了新穎的解旋酶工作機理
一般的生理條件下，DNA以穩定的雙螺旋形式存在。但在基因表達、鏈復制和鏈修復等過程中，必須打開雙螺旋結構以讀取基因信息。1970年代科學家發現在細胞內，雙鏈DNA的解旋是由一種分子馬達——解旋酶來完成的。然而迄今為止，科學家仍未就解旋酶的工作機理達成共識。申請人通過單分子實驗發現雙鏈DNA在從水溶液進入非極性有機溶劑時，在兩相界面自發解螺旋，并轉變為單鏈DNA。這一實驗結果得到了分子動力學模擬的支持，見下圖。申請人據此提出了新穎的解旋酶工作機理，即解旋酶為DNA提供了一個低極性的空腔，由于缺少了疏水力的支持，DNA的雙鏈結構失穩，使得雙鏈DNA在其中自發解旋。這一機理得到了實際驗證，有望結束已有30多年的學術爭論。