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DNA肽相互作用产生复杂的行为可能有助于塑造生物学

脱氧核糖核酸(DNA)-蛋白质相互作用在生物学中极为重要。例如,每个人体细胞都含有大约2米的DNA,但是被包装到一个小大约100万倍的空间中。该DNA中的信息使细胞能够自我复制。这种极端的包装主要是通过将DNA包裹在蛋白质周围来实现的。因此,DNA和蛋白质如何相互作用对于试图了解生物学如何组织自身的科学家非常感兴趣。东京理工大学地球生命科学研究所(ESLSI)和巴黎ESPCI皮埃尔-吉莱斯·德内斯研究所(University PSL)的科学家进行的新研究表明,DNA和蛋白质之间的相互作用具有形成更高一级分子的深层次倾向。有序结构,例如允许将DNA极端包装在细胞中的结构。

现代活细胞主要由几类大分子组成。DNA获得了最大的关注,因为它是用来一代又一代地构建自身的信息细胞的储存库。这种富含信息的DNA通常以相互缠绕的两种聚合物的双链弓形形式存在,而使信息DNA包含的许多东西却被外界环境所掩盖,这是因为分子的信息承载部分与它们的互补分子相互作用股。将DNA复制到核糖核酸(RNA)中时,其链被拉开以使其更复杂的表面相互作用,从而使其可以复制成单链RNA聚合物。这些RNA聚合物最终通过生物过程被读出为蛋白质,它们是具有多种复杂表面性质的氨基酸的聚合物。因此,就其作为聚合物的化学行为而言,DNA和RNA在某种程度上是可以预见的,而蛋白质则不是。

聚合分子是由亚基组成或重复的类型,与其他化学物质混合时,尤其是溶于水等溶剂时,可能表现出复杂的行为。化学家针对化合物混合时的行为开发了一套复杂的术语。例如,牛奶中的蛋白质被认为是悬浮在水中的胶体(或均匀的非结晶悬浮混合物,不会沉降并且无法通过物理手段分离)。将柠檬汁添加到牛奶中后,悬浮的蛋白质会自我重组,产生可见的凝乳状自组织,凝乳会分离成一个新的阶段。多年来,化学家还发现了其他类型的这种现象,例如液晶(LC)。当分子具有拉长的形状或趋于形成线性聚集体(例如分子的堆叠彼此叠置)时,就会形成LC:所形成的材料呈现出晶体和液体的混合物特性:一定程度的有序(如固体)(例如,分子的平行方向),但仍保持其流动性(分子很容易相互滑倒)。我们每天都在与“ LCD”或液晶显示器互动的各种屏幕中体验液晶,这些液晶使用这些可变属性来制作我们在设备屏幕上看到的图像。Fraccia和Jia在他们的工作中表明,双链DNA和多肽可以以一种非常特殊的方式产生许多不同的LC相:这些LC实际上是在无膜液滴中形成的,称为凝聚层,DNA和肽是自发组装和排列的。此过程使DNA和肽达到非常高的浓度,与细胞核相当,这是非常稀释的初始溶液(这是地球早期可能达到的最大浓度)的100-1000倍。因此,这种自发行为原则上可以促进在地球早期形成第一个细胞状结构,这将利用有序但有流动性的LC矩阵来获得稳定性和功能性,并促进其生长和生长。原始生物分子的进化。这是非常稀释的初始溶液(这是地球早期可能达到的最大浓度)的100-1000倍。因此,这种自发行为原则上可以促进在地球早期形成第一个细胞状结构,这将利用有序但有流动性的LC矩阵来获得稳定性和功能性,并促进其生长和生长。原始生物分子的进化。这是非常稀释的初始溶液(这是地球早期可能达到的最大浓度)的100-1000倍。因此,这种自发行为原则上可以促进在地球早期形成第一个细胞状结构,这将利用有序但有流动性的LC矩阵来获得稳定性和功能性,并促进其生长和生长。原始生物分子的进化。

这些高阶属性开始表现出来之间的界限并不总是明确的。当分子在分子水平上相互作用时,它们通常“自组织”。人们可以想到向沙子堆中添加沙子的过程:随着人们将越来越多的沙子洒到桩上,它趋于形成“低能量”最终状态-桩。尽管添加砂粒可能会导致一些新的结构局部形成,但在某些时候,添加更多的颗粒会导致桩中发生滑坡,从而加剧了桩的圆锥形形状。

贾(Jia)和弗拉基西亚(Fraccia)认为,尽管我们所有人都从这些现象的存在中受益,但科学界可能会缺少这种自我组织的含义的重要方面。这些集体物质自组织作用的组合在许多生物学规模上可能是相关的,并且对于细胞生理学和疾病中的生物分子结构转变可能是重要的。特别是,研究人员发现,只要改变环境条件,甚至像改变盐度或温度一样简单,就可以连续访问各种液晶结构。考虑到许多未开发的条件,这项工作表明在不久的将来可能会发现更多具有潜在生物学功能的新型自组织LC中间相。

对生物聚合物自组织的这种新理解对于理解生命如何自发地生活成为重要的人生也很重要。了解分子的原始集合如何将自身构造成具有整体行为的聚集体,是未来研究的重要途径。

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