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对于通过细胞表面受体所介导的信号通路而言,除受体本身作为离子通道而起效应器作用的情况之外,其他的信号通路首先要完成配体结合所诱发的信号跨膜转导,随之要通过细胞内信号分子(包括第二信使)完成信号的逐级放大和终止。在细胞内一系列信号传递的级联反应中,必须有正、负两种相辅相成的反馈机制进行精确控制, 因此分子开关(molecular switches)的作用举足轻重,即对每一步反应既要求有激活机制又必然要求有相应的失活机制,而且二者对系统的功能同等重要。细胞内信号传递作为分子开关的蛋白质可分两类:一类开关蛋白(switch protein)的活性由蛋白激酶使之磷酸化而关闭,由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而开启,许多由可逆磷酸化控制的开关蛋白是蛋白激酶本身,在细胞内构成信号传递的磷酸化级联反应;另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成,结合GTP而活化,结合GDP而失活。
任何机器都需要开关控制启动或关闭,麻雀虽小、五脏俱全的纳米机器也一样有和它们匹配的微小开关。分子开关(molecular switches)或者叫摩尔开关(mol.switches)就是这样一种能够控制比它们本身稍大的纳米装置的精巧结构。它们可以在纳米世界中发送信息遥控正常大小的传感器。
molecular switches,通过激活机制或失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。
细胞内信号传递作为分子开关的蛋白质可分两类:一类开关蛋白(switch protein)的活性由蛋白激酶使之磷酸化而开启,由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭,许多由可逆磷酸化控制的开关蛋白是蛋白激酶本身,在细胞内构成信号传递的磷酸化级联反应;另一类主要开关蛋白由GTP结合蛋白组成,结合GTP而活化,结合GDP而失活。
英国朴次茅斯大学的科学家指出:有一天,这些微小的开关很可能形成微电子回路的基础,帮助人们更加快速和准确地解决DNA的排序问题。
这种新型的分子开关是通过固定在DNA上的微小金属珠的摆动来拉动一根DNA链的(如图)。双螺旋链的一端被附着在一个微芯片的微小通道上,DNA的另一端安放金属珠。这些金属珠只有1微米宽,也就是一根人头发丝直径的1/50。
珠子是顺磁性的,即在磁场中其行为就像其本身是一块磁铁。其结果,小珠子可以被拽向磁场,使DNA链立起。
接下去科学家将把可在 DNA上转动的发动机安装到DNA链上。这个发动机是一种自然产生的蛋白质,叫做限制修饰酶(restriction-modification enzyme),燃料是三磷酸腺苷(ATP)。由糖、磷酸盐和核苷碱基腺嘌呤组成的分子能够为肌肉和其他生物组分供能,蛋白质只是结合在DNA链的特定位点上。
所有的DNA都由四种类型的核苷碱基组成,即腺嘌呤(A),鸟嘌呤 (G),胞核嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。朴次茅斯大学的分子生物技术专家弗门(Keith Firman)说:"因为蛋白质发动机只能允许自己附着在DNA碱基的某些特定顺序上。这就使得科学家得以准确地控制它在DNA上的位置。"
当ATP燃料被添加在开关周围时,发动机会拉动DNA,在它下面绕圈,一直到它抵达金属珠。然后金属珠会撞上发动机,就像一根多节的绳子卡到了一个滑轮里一般。
当发动机耗尽了燃料的时候,它就脱离开DNA链,磁场于是重新将DNA拉紧。
正像任何磁性材料,顺磁的珠子在通过磁场的时候也将产生电信号。为了侦察到这种微弱的信号,科学家在DNA的通道基部放置了一些叫做"霍尔效应传感器"(Hall Effect sensor)的灵敏传感器。这些传感器可以感受到磁体的移动。
所以,在添加了燃料的时候,这个微装置就能发出开关的控制信号。弗门说:"叫它开关,因为它是被ATP燃料激活的,是用在发动机上的。当被激活时,它就会打开电子装置,而当它没有被激活时,就关闭了。
弗门还指出:未来,人们有可能制造出可以控制纳米管中流动材料的珠子。直接拉动DNA 链,让珠子移动进入纳米管,可以封锁住液体的流动;直接用开关释放DNA ,让金属珠移向磁场,就可以让液体再次通过。
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组合开关原理 符号: Q101:隔离换向开关; F101:主接触器保险; K111:第一大回路第一支路主接触器; T111:电流互感器; A111:阻容吸收器; 113:漏电监测线; F113:电流互感保护; F143:热继电器保护; K112:中间继电器; K113:漏电闭锁; K122:数字: 1:第几主回路; 2:第几支路; 2:什么接触器; 1:主接触器; 2:中间继电器; 3:检漏继电器; HK:门上闭锁 PLC的开关; SC:滤波电源; S106:行程开关; T102:变压器; 原理(以下原理为第一主回路的控制原理) : 主回路: UVW 三相电源进来,经过 Q101隔离换向开关,经过 450A 保险,通过主接触器,通过电流互感器到电机。 其中两相进 011、012 的控制电源;并从负荷侧进行漏电监测和对大 电容进行阻容吸收; 控制回路: 由控制回路的电源通过 F107的 6A
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功能分子材料是现代化学研究的热点领域之一,特别是在分子尺度上具有双稳态的磁分子开关材料更是在分子存储及光存储和分子开关等方面有着广阔的应用前景。本课题旨在构筑低维磁分子开关材料,并研究其多功能性。拟设计合成新型邻菲咯啉衍生物类配体,并用其构筑光敏性或具有电荷转移的结构基元,采用端基配体与桥联配体相结合的策略,设计,组装和制备新型低维磁分子开关材料;通过修饰配体的方法,增强低维分子的分子间相互作用,实现温度诱导突跃磁转变;通过引入磁各向异性的自旋载体,合成光诱导的单分子或单链磁体;研究它们的制备,结构,性质及其与外界刺激(光或温度)之间的相互作用和影响,探索和研究其多功能性,为功能分子材料的研究增添新活力。 2100433B
记者日前从中国科学院植物研究所所获悉,该所研究员、中科院院士种康率领的研究团队发现了水稻低温适应性的一个“分子开关”,能够调控水稻的低温耐受性,对水稻品种改良和分子设计育种具有重要理论意义。该成果近期在线发表于国际学术期刊《新植物学家(New Phytologist)上。
研究人员发现,水稻MADS-box转录因子家族的一个蛋白同其互作蛋白在常温下能够抑制植物体内对独脚金内酯受体的转录。独脚金内酯为一种植物激素,能够抑制侧芽萌发的功能。因此二者的互作能够促进水稻侧芽的分化及分蘖的形成。
在低温下,二者能通过直接激活其靶基因的转录,启动防御反应。因此,该蛋白与互作蛋白就形成了调控水稻侧芽发育和低温耐受性的分子开关,平衡水稻的生长发育和胁迫响应的分子调控网络,控制植物对低温环境的适应性。
据了解,植物协调应对逆境胁迫的防御反应和器官发育的环境塑造,是植物在长期的进化过程中适应多变环境的基本条件。因此,植物适应环境的分子机制是植物科学最重要的科学问题之一,也是作物分子设计的理论基础。
批准号 |
20801006 |
项目名称 |
磁分子开关材料及多功能性研究 |
项目类别 |
青年科学基金项目 |
申请代码 |
B0102 |
项目负责人 |
孙豪岭 |
负责人职称 |
教授 |
依托单位 |
北京师范大学 |
研究期限 |
2009-01-01 至 2011-12-31 |
支持经费 |
20(万元) |