双螺旋DNA结构中规则的碱基对间氢键的进一步研究

长期以来一直认为DNA碱基上的氨基与碱基环共平面。但最近研究表明它们是非平面的。为此我们研究了非平面氨基对DNA结构可能产生的影响，并于去年底在国外SCI杂志发表了一个新DNA模型和实验支持数据。除了碱基配对氢键，新模型还有另一种由非平面氨基形成的规则氢键：相邻碱基对间（inter-base-pair，IBP）氢键。本项目将对核酸数据库NDB进行统计分析和信息挖掘，并整合分子结构建模方法，选择以下内容，做进一步研究：1)两核苷酸对是研究序列信息和碱基堆积的最小尺度，将深入探索两核苷酸对尺度的'碱基序列-IBP氢键-堆积构象-堆积灵活性'关联；2)探索DNA片段的'碱基序列-IBP氢键-螺旋构象和柔韧性'关联；3)探讨在DNA解螺旋机制和A－tract弯曲中IBP氢键的作用机理。DNA精细结构、特性和功能对碱基序列的依赖性是尚未解决的重要基本问题，本项目将为该问题和相关问题的研究提供新思路。

DNA螺旋结构和物理特性的序列依赖性是一个重要而尚未解决的生物学基本问题，在基因表达调控序列特异性DNA-蛋白质相互作用中起关键作用。我们对核酸结构数据库(NDB)进行了统计分析和数据挖掘，并整合分子结构建模，探索了以下问题：两核苷酸对尺度的‘碱基序列-IBP氢键-堆积构象-堆积灵活性’关联，DNA片段尺度的 ‘碱基序列-IBP氢键-螺旋构象-柔韧性’关联，IBP氢键对DNA解螺旋机制和A－tract弯曲的影响。. 探索研究取得了以下两个重要的结果：（1）对step尺度的物理特性序列依赖性的实验数据进行了深入的统计分析和研究，得出了简洁的线性依赖函数关系，从数学角度清晰地表明：IBP氢键是稳定碱基堆积的一种重要力量，并且是决定堆积物理特性序列依赖性的主导性因素。（2）NDB中 DNA fragment单晶X射线衍射观测实验数据的统计分析结果和相关理论研究揭示：在DNA fragment尺度下，DNA序列与DNA螺旋构象类型之间存在一种由IBP氢键介导的简明定量关系，该定量关系的相应临界值由实验数据统计分析得出。根据 DNA fragment的碱基序列，可使用该定量关系预测其螺旋构象类型倾向和与碱基堆积相关的物理性质，如碱基堆积紧密度、柔韧性、弹性等。. 这两个研究结果已撰写成两篇英文论文稿件 "DNA sequence-dependent stacking property and Regular inter-base-pairs hydrogen bonds " 和“Regular inter-base-pairs hydrogen bonds and The sequence-dependence of DNA conformational types and helical properties "。目前论文稿件正处于为投稿发表而进一步修改完善过程中。

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