一、dna结构形状

国家纳米中心在利用DNA自组装结构引导无机非金属纳米材料可控制备方面获进展

国家纳米科学中心

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近日，国家纳米科学中心丁宝全课题组在利用DNA自组装结构调控图案化二氧化硅定位合成方面取得新进展。相关研究成果以Site-specific Synthesis of Silica Nanostructures on DNA Origami Templates为题目在线发表于先进材料(Advanced Materials 2020, DOI: 10.1002/adma.202000294)。

二氧化硅是一种自然界常见的无机非金属材料，在生物矿化以及纳米材料构筑领域有着广泛的应用。如何制备具有特定尺寸且形貌可控的二氧化硅纳米结构，是纳米科学领域的难点问题之一。DNA自组装结构具有强大的可编程性和精确的定位修饰特点，是构筑二氧化硅纳米结构的有力工具。已报道的利用DNA为模板引导合成二氧化硅纳米结构的工作，是利用DNA结构表面带负电荷的磷酸骨架与带正电荷的硅氧烷前驱体相互作用，使前驱体沿DNA结构骨架或表面水解，更终形成包覆整个DNA纳米结构表面的二氧化硅结构。这种全包裹的方法会导致DNA结构失去其重要的表面定位功能修饰的特点，后续多组分复杂结构的构建会非常困难。因此，如何实现自组装结构表面二氧化硅的可控定位合成是一项重要挑战。

在前期工作中，丁宝全课题组通过调控DNA自组装结构表面指定位点的分子间作用，成功实现了二维金属片、金属及金属氧化物图案的可控排布（Angew。 Chem。 Int。 Ed。, 20, 57, 2846; J。 Am。 Chem。 Soc.20, 141, 968）。在此工作的基础上，丁宝全课题组提出了一种新颖的二氧化硅可控定位合成策略。研究发现，相比于DNA纳米结构表面紧密堆积的DNA双螺旋阵列，延伸出表面的DNA双链具有更大的结构灵活性以及较低的局部阳离子浓度，更易与带正电荷的硅氧烷前驱体结合。利用这一性质，通过在DNA自组装结构表面的特定位点延伸出DNA双链，使硅氧烷前驱体与延伸双链及DNA纳米结构模板的分子间作用力产生差异，并通过表界面化学反应条件的精确调控，成功实现了二氧化硅选择性的生长在延伸的双链上，而不包裹DNA纳米结构模板。这一方法充分利用了DNA自组装结构的定位修饰的特点，实现了二氧化硅纳米结构定位生长。二氧化硅纳米结构形成后，DNA模板表面未参与二氧化硅合成的位点，仍然具有定位功能化修饰的特点。利用这一点，研究人员实现了二氧化硅图案附近金纳米颗粒的定位组装。这种方法可以用于多个功能组分与无机非金属纳米材料复合结构的可控制备，为后续进一步构筑复杂的纳米功能体系奠定了基础。

国家纳米中心博士研究生尚颖旭和助理研究员李娜为论文的共同作者，研究员丁宝全为通讯作者。该项目得到国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划等的支持。

图1、 DNA自组装结构引导的二氧化硅纳米结构位点可控合成示意图。

图2、（a）利用多种DNA折纸结构模板实现二氧化硅纳米结构的图案化定制合成；（b）利用三角形DNA折纸结构模板构建二氧化硅-金球复合结构，为实现进一步功能体系的构筑提供可能。

近日，国家纳米科学中心丁宝全课题组在利用DNA自组装结构调控图案化二氧化硅定位合成方面取得新进展。相关研究成果以Site-specific Synthesis of Silica Nanostructures on DNA Origami Templates 为题目在线发表于先进材料(Advanced Materials 2020, DOI: 10.1002/adma.202000294)。

二氧化硅是一种自然界常见的无机非金属材料，在生物矿化以及纳米材料构筑领域有着广泛的应用。如何制备具有特定尺寸且形貌可控的二氧化硅纳米结构，是纳米科学领域的难点问题之一。DNA自组装结构具有强大的可编程性和精确的定位修饰特点，是构筑二氧化硅纳米结构的有力工具。已报道的利用DNA为模板引导合成二氧化硅纳米结构的工作，是利用DNA结构表面带负电荷的磷酸骨架与带正电荷的硅氧烷前驱体相互作用，使前驱体沿DNA结构骨架或表面水解，更终形成包覆整个DNA纳米结构表面的二氧化硅结构。这种全包裹的方法会导致DNA结构失去其重要的表面定位功能修饰的特点，后续多组分复杂结构的构建会非常困难。因此，如何实现自组装结构表面二氧化硅的可控定位合成是一项重要挑战。

在前期工作中，丁宝全课题组通过调控DNA自组装结构表面指定位点的分子间作用，成功实现了二维金属片、金属及金属氧化物图案的可控排布（Angew。 Chem。 Int。 Ed。, 20, 57, 2846; J。 Am。 Chem。 Soc。 20, 141, 968）。在此工作的基础上，丁宝全课题组提出了一种新颖的二氧化硅可控定位合成策略。研究发现，相比于DNA纳米结构表面紧密堆积的DNA双螺旋阵列，延伸出表面的DNA双链具有更大的结构灵活性以及较低的局部阳离子浓度，更易与带正电荷的硅氧烷前驱体结合。利用这一性质，通过在DNA自组装结构表面的特定位点延伸出DNA双链，使硅氧烷前驱体与延伸双链及DNA纳米结构模板的分子间作用力产生差异，并通过表界面化学反应条件的精确调控，成功实现了二氧化硅选择性的生长在延伸的双链上，而不包裹DNA纳米结构模板。这一方法充分利用了DNA自组装结构的定位修饰的特点，实现了二氧化硅纳米结构定位生长。二氧化硅纳米结构形成后，DNA模板表面未参与二氧化硅合成的位点，仍然具有定位功能化修饰的特点。利用这一点，研究人员实现了二氧化硅图案附近金纳米颗粒的定位组装。这种方法可以用于多个功能组分与无机非金属纳米材料复合结构的可控制备，为后续进一步构筑复杂的纳米功能体系奠定了基础。

国家纳米中心博士研究生尚颖旭和助理研究员李娜为论文的共同作者，研究员丁宝全为通讯作者。该项目得到国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划等的支持。

论文链接

图1、 DNA自组装结构引导的二氧化硅纳米结构位点可控合成示意图。

图2、 （a）利用多种DNA折纸结构模板实现二氧化硅纳米结构的图案化定制合成；（b）利用三角形DNA折纸结构模板构建二氧化硅-金球复合结构，为实现进一步功能体系的构筑提供可能。

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二、dna结构

DNA的空间结构与功能是药学职称考试会涉及的内容，为了帮助大家了解，医学教育网为大家整理如下：

（一）DNA碱基组成的规律

DNA分子中A与T摩尔数相等，C与G摩尔数相等，即A＝T，C≡G。所以A＋G＝T＋C ， A/T＝G/C。

一级结构：核苷酸的排列顺序（碱基的序列）

二级结构：双螺旋结构（弹簧）

三级结构：超螺旋结构（电话线）

（二）DNA的一级结构

1、定义：核苷酸在核酸长链上的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。

2、化学键：酯键。

2、骨架：戊糖和磷酸。

3、更恒定的元素：P。

（三）DNA双螺旋结构（二级结构）

氢键配对（A＝T；G≡C

）相互平行，但走向相反，右手螺旋。

螺旋直径为2nm，形成大沟及小沟。

相邻碱基螺距3.4nm，一圈10对碱基。

氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。

（四）DNA的高级（超螺旋）结构

DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。

真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体。

（五）DNA的功能

DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。

基因从结构上定义：是指DNA分子中的特定段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。

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三、dna的结构是哪一项

脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid，简称DNA)。DNA绝大部分存在于细胞核和染色质中，并与组蛋白结合在一起。DNA是遗传物质的基础。一般由C、H、O、N、P五种元素组成。脱氧核苷酸是脱氧核糖核酸的基本单位。

dna的组成结构

DNA是由核酸的单体聚合而成的聚合体。每一种核酸由三个部分所组成：含氮盐基+五碳糖+磷酸根。核酸的含氮盐基又可分为四类：鸟粪嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)。

53年美国的沃森(JamesDeweyWatson)、英国的克里克与韦尔金斯描述了DNA的结构:由一对多核苷酸链围绕一个共同的中心轴盘绕构成。糖-磷酸链在螺旋形结构的外面，碱基朝向里面。

RNA与DNA的不同点

1、核酸是携带遗传信息的物质;在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中

有极其重要的作用。核酸有DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)两种核酸。

2、真核细胞DNA主要分布在真核细胞的细胞核中，少部分分布在线粒体和叶绿体中;RNA主要分布在细胞质中，少部分分布在细胞核中。

3、DNA的基本单位是脱氧核糖核苷酸，RNA的基本单位是核糖核苷酸。

4、DNA是由脱氧核糖核苷酸连接而成的长链，是双链螺旋;RNA由核糖核苷酸组成，是单链构成。

DNA的类型

真核生物，如动物、植物和真菌，将大部分 DNA 储存在细胞核内，部分 DNA 储存在线粒体等细胞器中。根据位置 DNA 可能是：

核DNA

位于真核细胞的细胞核内。通常每个单元格有两个副本。核 DNA 染色体的结构是线性的，末端开放，包括 46 条染色体，含有 30 亿个核苷酸。核 DNA 是二倍体，通常从两个父母那里继承 DNA。核DNA的突变率小于0.3%。

线粒体DNA

线粒体DNA位于线粒体中。每个单元包含 100-1,000 个拷贝。线粒体 DNA 染色体通常具有封闭的环状结构，并且在人类中包含例如 16,569 个核苷酸。线粒体 DNA 是单倍体，仅来自母亲。线粒体 DNA 的突变率通常高于核 DNA。

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