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2007年3月22日的《自然要览》
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[自然要览] （选自英国Nature杂志，2007年3月22日出版） 封面故事：可以“推”动的化学反应 Biasing reaction pathways with mechanical force 大多数化学反应的进行，需要反应物越过一个能量障碍。通常所提供的能量是热 能、光能、压差或电势。现在，令很多化学家感到吃惊的是，机械力也被列在其 中。也就是说，对于一个化学反应来说，我们可以把它“推”一把。在超声波的 影响下，特殊设计的聚合物的重排反应可以加快，反应通道会出现偏向，产生从 纯粹热或光诱导反应不能获得的产物。这些聚合物含有一种mechanophore，其位 置在来自拉伸流（extensional flow）的力最大的点上。除了为控制化学反应提 供新方法外，这项研究工作还会导致具有机械适应性的材料问世，如能够产生一 种信号来警告将要出现的损坏、进行结构改变以减慢损坏速度、甚至自我修复的 聚合物材料。（Letter p. 423; News & Views）封面图片：Benjamin Grosser, Imaging Technology Group, Beckman Institute, UIUC 关于金催化活性的研究（Good as gold） Relativistic effects in homogeneous gold catalysis 含有金的过渡金属催化剂，尤其是cationic phosphine-gold(I)复合物，正在成 为种类越来越多的合成转化反应的强大催化剂。对金、尤其是对相对论效应的理 论研究，能为合理解释这些催化剂所观测到的活性提供一个框架。David Gorin 和 F. Dean Toste利用实验和计算数据总结了我们目前对均一的金催化作用的理 解，重点是以前未研究过的活性以及新方法的开发。（Review Article p. 395） 不用保护官能团的新合成方法（Organic synthesis: Spurning protection） Total synthesis of marine natural products without using protecting groups 全合成（用结构较简单的起始材料来合成复杂有机分子的过程）在过去50年里取 得了引人瞩目的进步。尽管取得了这些进步，但能够生成足够数量大天然产物、 供进一步研究的合成路径仍然是一个相当大的挑战。为了满足这一需求，一组化 学家发现，在合成过程中使用“保护”官能团的例行做法是实现这一目标的一个 关键障碍。在一个分子的其他部分在发生化学转变的时候，经常需要“保护”官 能团来掩蔽该分子的活性部分。为了演示新方法所具有的潜力，该文作者们在没 有使用任何一个“保护”官能团的情况下合成了一个大家族的海洋生物碱中的几 个成员。该方法使他们能够在10步或更少的反应步骤中获得以前需要20步或更多 化学反应步骤才能获得的数量有意义的分子。（Article p. 404; News & Views） 地幔上涌事实上不对称（Mantle upwelling: Not getting it straight） Skew of mantle upwelling beneath the East Pacific Rise governs segmentation 新海洋壳是随地幔上涌在中洋脊产生的，这个过程过去被假设在活跃山脊下是对 称的。但来自East Pacific Rise的新的地震成像数据表明，事实不是这样：地 幔上涌事实上是歪斜的。这也许是海洋扩散中心的分割化的部分原因，并且也许 还可解释为什么该山脊的一部分火山和热液活跃、而另一部分却处于休眠状态。 （Article p. 409） 大型梭菌类细胞毒素的自催化分解（Hospital-acquired infections: C. difficile toxins made toxic） Autocatalytic cleavage of Clostridium difficile toxin B Clostridium difficile是在医院中发生的感染的原因。它见于一些健康成年人 的大肠中，正是由于在抗生素治疗过程中“好的”肠道细菌数量的减少，才为C. difficile毒素引起严重腹泻和大肠炎创造了条件。一项新的研究表明，所有大 型梭菌类细胞毒素的分解是一个自催化过程，也就是说该毒素激发其本身，是由 宿主纤维醇磷酸酯共因子诱导的。C. difficile感染极难治疗，所以将治疗药物 瞄准这一由毒素激发的分解过程具有潜在重要性。（Article p. 415） YORP效应被观测到（Asteroid 1862 Apollo:The difference a day makes） Acceleration of the rotation of asteroid 1862 Apollo by radiation torques YORP（Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack）效应是太阳系中的一个重要 影响因素。实际上观测它的作用过程是非常困难的，但是现在，对小行星1862 Apollo科学家已经做到了这一点。当太阳能从一个非对称天体被发射并重新辐射 时，YORP效应出现。所产生的力起一个引擎的作用，驱动该天体转动。这一同样 的非对称性还可被用来跟踪一个小行星的转动，因为它在不同时间反射不同数量 的光。重新分析关于小行星1862 Apollo自旋的记录，研究人员发现，由于YORP 效应，它的转动速度在仅仅40年时间里就已经增加了额外一圈，在效果上相当于 增加了一天，即便Apollo的直径远远大于一公里。（Letter p. 420; News & Views） 北美岩石圈底部和顶部的错位（Driven by convection） Seismic evidence for convection-driven motion of the North American plate 一组地震图片、地质年代资料和板块运动重建资料，被用来比较北美岩石圈底部 和顶部一个热点轨迹的位置和年代。这项工作显示，该轨迹的表面和深部存在一 个明显错位；随着轨迹年龄的增长，该错位也在增加。该错位可以由北美底下地 幔岩石圈中的蠕动得到最好的解释。这些观测结果所暗示的剪切作用表明，板块 运动是由板块底部的粘性牵引力驱动的，而不是被其阻滞的。这一结论对于了解 板块构造的驱动力有重要意义。（Letter p. 428） 影响生物多样性的生态因素和演化因素（Adaptive radiations: Bursting to evolve） The effects of competition and predation on diversification in a model adaptive radiation / Immigration history controls diversification in experimental adaptive radiation 生命的多样性被认为是源自一系列演化突发事件或“适应性辐射”。造成这些突 发事件的条件是什么？为什么它们会在大灭绝之后出现、会出现在岛屿上、并且 从时间上来讲是零星或偶然出现的？Justin Meyer 和 Rees Kassen在一个包含 原生动物捕食者Tetrahymena thermophilia及其细菌猎物的群落中为我们提供了 实验证据，该证据表明，引起演化突发事件的演化过程受这些捕食者影响。要减 少猎物的种群数量，捕食者会降低猎物物种分化成新形式的速度。捕食者在孤立 的岛屿上数量稀少，而且有时会发生大量灭绝，说明它们的缺席是随后发生的突 发演化事件的一种催化剂。在另一篇论文中，Fukami等人利用模型细菌种群发 现，生物多样性是向群落内迁移的生态过程和群落内的多样化演化过程这两个过 程的结果。这意味着，只有将生态和演化综合起来，才能充分认识生物多样性。 （Letters pp. 432, 436; News & Views） 一个分子受体中两个效应的测量与区分（Channel gating: Take the positives） Relating ligand binding to activation gating in CNGA2 channels 环核苷酸门控（CNG）通道是眼睛的光受体和鼻子的化学受体中调控电响应的膜 蛋白。Biskup等人对由四个相同的亚单元组成的CNGA2通道中的配体结合和通道 激活进行了同时测量。这使得人们首次有可能对一个分子受体中影响结合和影响 构象变化的效应进行区分。分析显示，通道激活有一个令人吃惊的机制，该机制 不符合具有相当结合点的已有门控模型，但却适合一个在配体结合中有高度正/ 负合作性的模型。（Letter p. 440） 怎样防止心肌肥大发展成心脏衰竭？（Cardiac hypertrophy: Boosting the heart） p53-induced inhibition of Hif-1 causes cardiac dysfunction during pressure overload 心脏增大或心肌肥大是对工作量增大的一种生理反应，帮助维持心脏功能。然 而，如果这种状况时间长了，它会发展成心脏衰竭。在用一个心肌肥大小鼠模型 所做的一项研究中，研究人员对这种转变是如何发生的有了新的认识。当实验动 物心脏增大时，会形成新的血管来支持它。但大约两星期后，肿瘤抑制蛋白P53 会在心脏细胞中积累，血管形成被阻断，小鼠出现心脏衰竭。通过抑制P53或通 过促进血管形成来影响这一过程，也许可以成为阻止心肌肥大向心脏衰竭发展的 一种手段。（Letter p. 444） 维生素B12生物合成的最后一关被攻克（The long road to vitamin B12） BluB cannibalizes flavin to form the lower ligand of vitamin B12 维生素B12（钴胺素）是已知最大的非聚合物天然产物之一，是惟一完全由微生 物合成的一种维生素。尽管进行了多年研究，但科学家对该维生素的一部分的生 物合成仍然很不了解。现在，研究人员终于揭示了其生物合成中的最后一个未知 步骤。BluB的X-射线晶体结构已被确定。它是一种酶，利用分子氧来分解黄素 （四羟酮醇）单核苷酸共因子，形成维生素B12的低配体。这一反应是一例不寻 常的过程，即一种共因子在酶催化下被破坏来合成另一种共因子。（Letter p. 449; News & Views） SD序列与第一个肽链的形成（Ribosomes: Gettng started） Peptide bond formation destabilizes Shine–Dalgarno interaction on the ribosome 核糖体不在一个mRNA的末端启动转录过程，相反，它们会结合到一个内部点 （Shine-Dalgarno (SD)序列）上，然后单向转位。对断开核糖体的mRNA 和 30S 部分之间的结合所需的力进行的精确测量显示，在第一个肽链形成之前，SD序列 稳定核糖体-mRNA的相互作用。一旦该肽链形成，SD序列就不再稳定它。所以， 最初肽链的形成是核糖体释放SD的一个触发因素，而且还可能是允许核糖体开始 沿mRNA 运动的一个重要因素。（Letter p. 454） 端粒酶是怎样组合成形的？（How telomerase shapes up (Zhuang AKE)） Stepwise protein-mediated RNA folding directs assembly of telomerase ribonucleoprotein 端粒酶（起稳定线形染色体端部这一重要作用的核糖核蛋白（RNP）组合体）的 生物起源是一个健康细胞中的一个重要过程，破坏它们的突变能引起疾病。研究 人员对RNP组合体的机制很不了解。Michael Stone等人利用一种单分子方法对端 粒酶组合体进行了实时分析，对每个组合步骤的精确顺序进行了分解。他们的结 果确定了一个分成不同层次的组合机制，该机制包含两个连续的步骤—由蛋白诱 导的RNA折叠，最后是将端粒酶复合物模制成它的功能形状。（Letter p. 458） |
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