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国际著名生物化学及结构生物学家杨薇教授访问生命科学学院
日期: 2017-04-24       点击量: 711

2017年4月14日,国际著名生物化学及结构生物学家,美国科学院院士、美国国立卫生研究院(NIH)资深研究员杨薇教授应邀访问北京大学生命科学学院,并作了题为“DNA translesion synthesis and a new paradigm for enzyme catalysis”的报告,随后参观访问了北京大学生物光学动态成像中心,杨薇院士的报告由中国晶体学会理事长、生命科学学院苏晓东教授主持。

长期以来,经典理论认为酶催化的反应只要由蛋白质-底物之间的特异相互作用集中排列好底物和酶就可以,就像DNA的合成只需要DNA双链(需要打开其中一个单链作为模板)、dNTP、DNA聚合酶以及两个镁离子(中和核酸及核苷酸电性)的存在即可。 但是,杨薇教授近年来通过传统的时间分辨(time-resolved) X-射线晶体学方法证明,传统认为的只有两个镁离子存在时,DNA聚合反应并不能发生。传统生化观点认为酶会和底物(包括各种所需底物分子及镁离子)结合并进而形成降低反应自由能的中间态,达到这种稳定的中间态结构以后,反应基本可以在热运动(也可以理解为布朗运动)能量的推动下顺利向产物方向进行,这一观点也许适用于比较简单的酶促反应体系, 但对于DNA或者RNA聚合酶这样的复杂体系并不完全正确。杨薇教授提出了新的酶促反应的机理(见下图),除了降低反应自由能的中间态(下图蓝线前半部分),还可以有“第三个金属离子”作为辅助手段来帮助推动下半部分反应的进行。 就像“撑杆跳高”,借助于“一根杆子”这样的辅助工具,可以跳过更高的反应能(下图蓝线的后半部分)。(详见 Gao, Y. & Yang, W. (2016) Capture of a third Mg2+ is essential for catalyzing DNA synthesis, Science, 352, 1334-1337. 以及综述文章 A new paradigm of DNA synthesis: three-metal-ion catalysis. Yang W, Weng PJ, Gao Y. Cell Biosci. 2016 Sep 6;6(1):51. doi: 10.1186/s13578-016-0118-2. eCollection 2016. Review.

访问期间,杨薇教授还与本科生和研究生同学在午餐会中进行了深入的讨论。关于中国的科研现状,可喜的是最近几年中国的科研能力和成果有了很大提高,经常取得举世瞩目的突破性研究成果,频频在高水平的杂志发表文章,但是相比于国外百年以上的科研积累和经验氛围,我们的科研环境仍然存在比较严重的问题,并没有得到基础科研观察自然、欣赏自然、理解自然的纯粹真谛。杨薇教授举了她的博士后导师、耶鲁大学Tom Steitz教授作为例子。当时Tom Steitz还是一名年轻教授,他提出要研究“中心法则”的结构生物学, 遭到了很多人的嘲笑,他们认为那是不可能完成的任务。 结果从DNA 聚合酶的小片段晶体结构解析开始,Tom Steitz实验室不仅取得了很大成功,解析了一个又一个DNA聚合酶,RNA聚合酶及其相关复合物的晶体结构,最终还率先解析了核糖体的高分辨率晶体结构,为全面理解“中心法则”的结构生物学画上了完美的句号。 因为对于核糖体的晶体结构和功能的研究与理解,Tom Steitz获得2009年的诺贝尔化学奖。 几十年来Tom Steitz始终坚持这个领域的研究,甚至他的一些学生都建议他换个方向,但是他坚定地说,在这个领域仍然有问题未解决,仍然需要继续探究。这种先驱的精神及执着的状态非常值得年轻的科研工作者学习。此外,杨薇教授还结合自己的亲身经历,与同学们分享了如何选择课题方向、坚持科研道路,分析比较了结构生物学的各种研究方法,谈及了生命科学领域女性科学家数量少的现实问题与改变机制。


4月14日下午,杨薇教授还在北京大学生物光学动态成像中心(BIOPIC)进行了参观访问,了解了BIOPIC的发展方向及取得的科研成果,与RNA 聚合酶计算方向研究组同仁及晶体学方向研究组的老师同学进行了广泛深入的交流。

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