在物理学基本法则中，带有相同电荷的物体理应相互排斥。由于脱氧核糖核酸（DNA）分子本身普遍携带负电荷，两条DNA双螺旋链在接近时通常会产生强烈的静电斥力。然而在活体细胞内部，DNA分子却必须频繁实现近距离接触与精准配对，以驱动基因重组、基因沉默等基础生命过程。由英国约克大学与谢菲尔德大学联合主导的国际研究团队近日借助高分辨率原子力显微镜与分子动力学模拟，首次直接观测并揭示了DNA分子克服静电排斥、像“拉链”一样严密咬合的微观物理机制。
这一实验发现为约20年前提出的“静电DNA拉链模型”（DNA zipper model）提供了首个直接的微观结构可视化证据。早前理论假说认为，DNA周围溶液中的盐离子可能会在螺旋表面诱导形成交替分布的正负电荷模式，使得两条平行的DNA分子如同两座相互咬合的螺旋楼梯般紧密扣合。然而，由于分子尺度的作用力极度微弱且动态变化迅速，该假说此前始终停留在理论推演阶段，未能获得直接的实验成像验证。
在本次研究中，科研团队利用高精度原子力显微镜对短链DNA样本进行了纳米尺度的精细表面扫描，清晰观测到了两条DNA链沟槽对沟槽（groove for groove）的高度精确对齐。同步进行的超大规模计算机分子动力学模拟则进一步揭开了其背后的驱动力：带有双正电荷的微小金属离子（如二价阳离子）在溶液中扮演了至关重要的“分子桥梁”角色。这些带正电的离子能够精准嵌入DNA的螺旋沟槽内部，伸出犹如带电双臂般的相互作用力，同时牵拉住两条带负电的DNA分子，从而完全抵消并跨越了原本阻碍它们接近的静电排斥屏障。
研究还进一步指出，DNA链之间的配对强度并非均一分布，而是表现出显著的碱基序列依赖性。特定的DNA序列与金属离子结合的能力更强，会在基因组中形成一系列易于发生物理对齐与紧密锁定的“配对热点”（Pairing Hotspots）。
科学家表示，这一微观机制的阐明对于基础医学与生物工程具有双重指导意义。在疾病机制层面，识别基因组中的DNA配对热点有助于研究人员理解当特定突变破坏正常的染色质组装或重组配对时，如何引发细胞异常乃至诱发癌症；在生物技术层面，掌握DNA依靠离子桥梁实现自组装的物理规律，将为纳米工程师定制高强度、可编程的人工DNA纳米结构与药物递送载体提供全新的设计准则。
对文章打分
科学家首次观测到DNA分子严密咬合克服静电排斥的微观物理机制
1 (50%) 1 (50%)最新资讯
加载中...编辑精选
加载中...相关文章
-
印度洋与太平洋的气候环境正在失去关联性
- 2 分钟前
-
狼变成狗的过程可能比想象中更加复杂
- 4 分钟前
-
中国天眼FAST发现极短周期、最轻双中子星系统
- 昨天 19:28
-
科学家研发高强韧“超级冰”建筑材料
- 昨天 16:44
-
引力一号遥三发射成功 8颗千帆星座组网卫星入轨
- 昨天 13:08
Top 10
本周 本月-
苹果正式发布iPhone 18 Pro系列 强化系统级端侧AI 售价小幅调高
阅读 (1616) 评论 (0) -
苹果iPhone Duo亮相 正式进军折叠屏领域 售价1999美元起
阅读 (1331) 评论 (0) -
Anthropic指控中国多家AI公司大规模蒸馏 阿里巴巴、月之暗面和DeepSeek被指涉数千万次交互
阅读 (1256) 评论 (5) - 首都禁飞区将于9月20日启用 北京全市禁飞无人机且不得持有、存放、运输、携带
- 苹果发布Apple Watch Series 12与Ultra 4：全天候心率监测升级
- Switch模拟器迎来性能飞跃 开发工作却在巅峰时刻宣告终结
- 32天就下架 DeepSeek为何对自家旗舰下狠手
- iOS 27正式版定于9月14日面向全球推送 iPhone 11以上机型可升级
- 张小泉AI演示视频被质疑虚假宣传：剪刀丝滑剪断排骨、鸡腿骨
- 罗永浩，再也掀不起什么大风大浪
-
新研究发现母亲生育年龄影响后代的身体特征、寿命以及行为表现
阅读 (3473) 评论 (0) -
苹果正式发布iPhone 18 Pro系列 强化系统级端侧AI 售价小幅调高
阅读 (1618) 评论 (0) -
时隔多年 摩拜299元押金可全额退了
阅读 (1535) 评论 (1) - OpenClaw 2.0正式发布 一次简化安装的尝试最终重塑整个产品
- 马斯克变性女儿床上大战机器人引热议
- 男子听信AI抄近道结果被困深山 事后质问AI竟回答：早走成熟线路就好了
- 中国科学家公布800座“飞翼”客机方案 或重新定义商业航空
- 苹果iPhone Duo亮相 正式进军折叠屏领域 售价1999美元起
- 倒数日·Days Matter Android版年度重大升级：透明相机+倒数日历+事件库
- Anthropic指控中国多家AI公司大规模蒸馏 阿里巴巴、月之暗面和DeepSeek被指涉数千万次交互