专题综述

Select

1. 细菌转录翻译偶联机制研究

张晶, 王程远

自然杂志 2024, 36 (2): 95-104. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.02.003

摘要（3）

PDF（pc）（5065KB）（2）

中心法则描述了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递过程。转录过程是RNA聚合酶以DNA为模板合成信使RNA的过程，翻译过程是核糖体利用信使RNA合成蛋白质的过程。与真核生物不同，细菌和古菌没有细胞核膜的分隔，其转录过程和翻译过程在相同时间、相同位置上进行。其中，RNA聚合酶与核糖体相互协同，同步完成转录和翻译的现象被称为转录翻译偶联。转录翻译偶联是细菌和古菌的一种重要基因调控机制，能同时有效地调控转录过程和翻译过程，是细菌适应复杂环境的重要生物学基础。数十年来，大量的研究逐步揭示了细菌转录翻译偶联机制在细菌基因表达调控中的作用，一系列参与转录翻译偶联过程的调控因子也被鉴定发现。近期，基于不同偶联状态的转录翻译偶联复合体结构的突破性研究，首次系统地展示了在不同信使RNA间距下，转录翻译偶联过程的动态变化，为后续研究转录翻译偶联基因调控机制提供了理论基础。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

2. 辅酶类核开关的种类、结构和调控机制研究进展

许笑晨, 任艾明

自然杂志 2024, 36 (2): 105-116. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.02.004

摘要（3）

PDF（pc）（6859KB）（2）

核开关是一类保守的RNA元件，可以通过特异性识别小分子配体来开启或关闭下游相关基因的表达，进而调控细胞的生命活动。目前已鉴定出近60种核开关，它们分别识别不同的代谢物或小分子配体。随着这些核开关的发现，它们的序列特征、高级结构以及调控机制逐渐成为核开关领域的研究热点。截至目前，大部分核开关的三维结构已经被解析，相关研究不仅阐明了这些核开关对配体的特异性识别方式，还从分子层面阐释了其对下游基因表达的调控机制，为开发核开关相关应用提供了重要的研究基础。文章综述了目前已鉴定的核开关的种类和主要功能，详细探讨了辅酶类核开关的三维空间结构和配体识别机制，并展望了核开关的研究前景及潜在应用。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

3. 植物染色质重塑复合体的保守性和特异性

郭婧, 何新建

自然杂志 2024, 36 (2): 117-129. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.011

摘要（42）

PDF（pc）（1408KB）（38）

真核生物基因组DNA及其所包绕的组蛋白形成的核小体是染色质的基本单位。染色质的形成一方面有助于将基因组DNA组装到细胞核中，另一方面也对基因表达具有重要影响。染色质重塑因子能够利用水解ATP产生的能量调控染色质上核小体的组装、移除、滑动及组蛋白变体的置换等，从而调控基因转录和其他多种生物学过程。真核生物中的染色质重塑因子主要包括SWI/SNF、ISWI、CHD和INO80四类，这些染色质重塑因子往往以多亚基复合体的形式存在。最近的研究工作系统鉴定了植物染色质重塑复合体的亚基组成和功能，揭示了植物染色质重塑复合体相对于酵母及动物染色质重塑复合体的保守性和特异性。对于这些复合体调控基因转录分子机制的认识也在不断深入。这些发现为深入研究染色质重塑在植物生长发育和胁迫应答中的作用奠定了基础。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

4. I型组蛋白去乙酰化酶复合物结构生物学研究进展

王雁南, 王晓, 张贺桥

自然杂志 2024, 36 (2): 130-138. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.010

摘要（150）

PDF（pc）（5180KB）（224）

I型组蛋白去乙酰化酶复合物是从酵母到人所有真核生物中都保守的依赖于锌离子的组蛋白修饰酶。酿酒酵母Rpd3S和裂殖酵母来源同系物Clr6S包含多个亚基，可以被甲基化修饰的组蛋白H3第36位赖氨酸招募到相关核小体位点，随后对组蛋白H3和H4上的乙酰化修饰位点进行去除，以防止隐匿转录的发生。文章总结了近期关于I型组蛋白去乙酰化酶复合物结构生物学及生化方面研究进展，对I型组蛋白去乙酰化酶复合物识别核小体底物并对其乙酰化位点进行特异性去除的分子机制进行了讨论。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

5. 蛋白质翻译后修饰在细菌致病中的作用

周涛, 姚玉峰, 王丹霓

自然杂志 2024, 36 (2): 139-149. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.009

摘要（346）

PDF（pc）（2607KB）（449）

蛋白质翻译后修饰(post-translational modification，PTM)可以改变蛋白质稳定性与活性，是调控蛋白质生物学功能的重要环节之一，在真核生物与原核生物中广泛存在。PTM在细菌的许多生命活动中发挥着重要调控作用，如物质代谢、信号转导和细菌致病过程等。文章综述了细菌中主要的PTM种类及功能，细菌毒力和适应力的PTM调控机制，细菌效应蛋白如何通过PTM调控宿主蛋白以及PTM检测技术的新进展。PTM的研究对了解细菌的致病机制及其与宿主的相互作用、致病机制有重要意义，也可以开发特异性治疗药物的新靶点。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

6. 叶绿体蛋白质传送器TOC-TIC超复合物的组成和结构机理

李甜, 刘昊, 柳振峰

自然杂志 2024, 46 (1): 12-22. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.002

摘要（141）

PDF（pc）（3040KB）（130）

叶绿体作为植物及藻类细胞中含有内外双层被膜的细胞器，能够通过光合作用过程将光能转化为化学能。大部分的叶绿体蛋白由细胞核基因编码，其前体蛋白是在细胞质中的80S核糖体上合成的。前体蛋白在转运肽的引导下，通过跨越叶绿体外被膜和内被膜的路径被传送进入叶绿体内部，进而到达发挥其生物学功能的目的微区。目前已知的前体蛋白转运的一个主要途径是通过叶绿体外被膜转运子(translocon in the outer envelope membrane of chloroplast, TOC)和内被膜转运子(translocon in the inner envelope membrane of chloroplast, TIC)，在二者的协同作用下前体蛋白得以跨越双层被膜进入叶绿体。文章回顾了TOC-TIC超复合物的结构生物学研究进展，并深入探讨了各组件的功能特性以及前体蛋白易位至叶绿体内部的潜在途径和调控机制。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

7. 紫色光合细菌LH1-RC复合物的结构生物学研究进展

岳星宇, 王征宇, 于龙江

自然杂志 2024, 46 (1): 23-34. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.003

摘要（136）

PDF（pc）（13896KB）（120）

紫色光合细菌作为研究光合作用分子机制的一种古老的模式生物，通过无氧光合作用将太阳能转化为化学能，其光合作用原初反应主要发生在由捕光天线复合物1(LH1)及反应中心复合物(RC)组成的核心复合物(LH1-RC)中。近年来，随着晶体学和冷冻电镜技术的迅速发展，多个不同菌种来源的LH1-RC复合物的三维结构被解析出来，极大地拓展了人们对该复合物的认识。文章系统总结了近年来紫细菌光合膜蛋白复合物的结构生物学研究进展，为深入了解光合作用分子机制、提高光合效率、促进人工光合作用系统的开发及应用提供了理论基础。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

8. 植物光合作用原初反应与电子传递调控

陈铸峰, 田利金

自然杂志 2024, 46 (1): 35-45. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.004

摘要（197）

PDF（pc）（4322KB）（202）

光合作用是地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程，是绝大多数生命生存和发展的物质基础。光反应是光合作用的第一步，其调控机制对于植物的生长至关重要。近年来随着分子生物学、结构生物学等现代学科交叉融合发展，许多经典光反应调控途径的分子元件得以深入解析，多种新的调控机制逐渐浮现。文章简述了光合作用光反应过程，并结合国内外最新成果重点讨论了捕光和电子传递链调控机制。相关研究不仅加深对光合作用的认识，而且对优化植物生长进而解决能源粮食等重要问题具有潜在应用意义。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

9. 低维量子材料的研究进展

李柯仁, 奚忆莲, 冯海凤, 杜轶

自然杂志 2023, 45 (5): 329-339. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.002

摘要（293）

PDF（pc）（5883KB）（376）

许多新奇的量子效应可以在一些特殊的材料中被观察或者观测到，这一类材料是量子效应的载体，被称为量子材料。对量子材料的研究正在引领新的技术革命，是多个研究领域的前沿热点方向。由于低维材料中电子与电子之间的关联性和电子明显的限域效应，其中存在着丰富且奇妙的量子效应或者行为。文章主要从材料中的量子效应出发介绍了影响量子材料基本特性的几种机理，并着重介绍了几种低维量子材料(拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯、锗烯)的发展历程、发展现状和目前所面临的挑战。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

10. 镓基液态金属的结构与物性

张春小, 崔丹丹, 杜轶, 徐迅, 钟建新, 任龙

自然杂志 2023, 45 (5): 340-354. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.003

摘要（421）

PDF（pc）（5439KB）（600）

镓基液态金属由于其良好的流动性以及高导电导热性，在室温范围内展现出许多与固态金属材料不同的性质，也突破了固态金属无法实现的一些瓶颈，在柔性器件、软体机器人等方面展现巨大的应用前景。镓基液态金属的特殊物性与其原子结构、键价关系、电子性质等密切关联。深入理解镓基液态金属的基本结构与物性，对研究和应用液态金属材料有着重要意义。文章从液态金属的微观原子结构着手，综述了研究液态金属基本物性的常用理论和分析方法，并以此剖析了镓基液态金属最引人关注的一些性质，最后对液态金属物性研究及扩展其应用领域的可能方向进行了探讨。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

11. 二维半导体光催化材料研究进展

徐若航, 崔丹丹, 郝维昌

自然杂志 2023, 45 (5): 355-362. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.00410.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.004

摘要（457）

PDF（pc）（3218KB）（313）

光催化技术可以直接利用低能量密度的太阳光驱动化学反应，实现用太阳能-高密度化学能直接转化来生产清洁能源和工业原料，也可以驱动污染物和有毒物质降解来治理环境污染，具有巨大的应用潜力。尽管光催化材料的研究开发已有越来越多的报道，但在催化活性、选择性、稳定性等方面还远不能满足大规模应用的要求。近年来，在众多被报道的光催化剂中，二维半导体材料表现出优异的催化性能和应用潜力，文章系统性总结了二维半导体光催化材料的研究现状，并对未来的研究方向进行了展望。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

12. 拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用

吕子轩, 崔丹丹, 冯海凤, 郝维昌

自然杂志 2023, 45 (5): 363-370. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.005

摘要（134）

PDF（pc）（3174KB）（267）

高活性光催化剂的设计是高效利用太阳能的有效手段，其中二维(2D)半导体光催化剂因其独特的物理化学性质，在光催化研究中有着较大优势。构筑异质结具有改变二维半导体能带结构、抑制光生载流子复合等作用，是一种高效的二维半导体光催化剂的设计方法。拉曼光谱技术因其探测时间短、可原位、无损检测以及样品制备简单等优点，在半导体材料研究中的应用逐渐增多。文章介绍了拉曼光谱技术的基本原理，并对近年来二维半导体光催化剂设计的有关研究进行整理，综述了拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用，为新型二维半导体光催化剂的设计奠定了技术基础。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

13. 在轨制造现状及金属材料在轨制造方法研究

张琪, 刘明, 赵少凡, 汪卫华

自然杂志 2023, 45 (4): 247-257. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.002

摘要（297）

PDF（pc）（2712KB）（289）

在轨制造技术在深空探测领域有广泛的应用前景，是各航天大国竞相发展的先进技术。目前，非金属材料的在轨制造已经实现，而金属材料在轨制造仍面临很多困难。文章介绍了国内外在轨制造技术的发展现状，着重介绍欧洲和美国金属材料在轨制造的技术路径，分析了发展金属材料在轨制造技术面临的困境和难点。针对这些难点，提出利用非晶合金材料的热塑性加工特性来实现金属材料在轨制造技术的突破，对有望应用于在轨制造的基于非晶合金的制造技术进行介绍，并对其未来发展方向进行探讨，以期为金属材料在轨制造技术的发展提供参考。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

14. 非晶合金在低地球轨道环境中的服役性能研究进展

张嘉琪, 汪壮, 王新, 张茂, 唐学峰, 龚攀, 王新云, 姚可夫

自然杂志 2023, 45 (4): 258-270. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.003

摘要（143）

PDF（pc）（3211KB）（283）

随着人类航天技术的进步，对航天材料也提出了越来越高的要求，非晶合金(metallic glass, MG)由于其长程无序的特殊结构，有应用于低地球轨道(low earth orbit, LEO)上的巨大潜力。文章介绍了LEO中存在的导致材料失效的主要因素及其产生机制和作用机制，以及航天领域常用的材料种类及其特点；阐述了MG的发展历史、特点及应用前景；分别总结了MG在原子氧、热循环和空间辐照这些不利因素下的结构稳定性和性能稳定性，并以此来评价MG应用于LEO中的可行性；最后展望了未来MG在LEO环境中稳定性的研究方向。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

15. 纳米多孔金属制备及其在传感检测领域的应用

刘瑾, 宁金妍, 吴琳, 张玲, 潘登

自然杂志 2023, 45 (4): 271-290. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.004

摘要（238）

PDF（pc）（4005KB）（485）

纳米多孔金属是一类具有三维孔隙/韧带双连通结构的材料，具备高比表面积、化学稳定、特征结构稳定可调控、可选材料体系众多等特点，已成为电化学催化、储能领域的研究热点。近年来，基于其微纳尺度特征尺寸及金属特有的表面等离激元效应，纳米多孔金属已展现出在传感及检测应用领域的巨大潜力。文章讨论了纳米多孔金属的各类制备方法的优缺点，并简要介绍了金属表面等离激元材料及其在检测、致动、传感领域的典型应用。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

16. 无机抗病毒纳米材料发展现状及机理研究进展

张雅婧, 王音典, 陈红霞

自然杂志 2023, 45 (4): 291-302. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.010

摘要（155）

PDF（pc）（3191KB）（264）

病毒是造成人类疾病和死亡的主要原因之一，新的致命病毒以及现有病毒耐药性的出现对医疗、制药和生物技术部门构成了严重挑战。尽管针对病毒疫苗的研究已经受到了广泛的关注，研究人员仍不断致力于开发新型、广谱的抗病毒药物和材料。目前纳米技术的进步为开发新型抗病毒材料提供了便利，通过对纳米材料进行修饰，可使其具有显著的理化性能以及更好的抗病毒效果。无机抗病毒材料因具有较好的生物相容性、低成本和低毒性等优点，给抗病毒药物的开发带来了新思路。文章总结了近年来碳基材料、金属及金属氧化物等无机抗病毒纳米材料的研究现状及重要成果。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

17. 超精密平面光学元件检测技术

周永昊, 常林, 何婷婷, 于瀛洁

自然杂志 2023, 45 (3): 157-176. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.002

摘要（387）

PDF（pc）（7249KB）（624）

超精密光学元件是决定高端装备性能的核心元件，在大科学装置、精密仪器等领域中被广泛应用。对光学元件进行高精度检测是保证元件质量的重要途径。光学检测技术因具有非破坏性、高精度而成为光学元件检测的有效技术。首先，对超精密光学元件主要检测技术进行了综述，重点介绍技术原理、研究现状和应用瓶颈；其次，针对光学检测技术中的相位解调问题，以波长移相测量技术为例，结合超精密平面光学元件检测，概述了相位解调算法的原理与实现过程，并对其性能进行综合评估；最后，展望光学元件检测技术的未来发展趋势。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

18. 用于脂质体制备的微混合器的流动机理

王康, 刘心悦, 胡国辉

自然杂志 2023, 45 (3): 177-187. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.003

摘要（203）

PDF（pc）（2877KB）（387）

脂质体的制备是当今纳米材料和生物医学工程研究的一个重要领域，尤其在制备粒度可控、尺寸均匀、组分可调的脂质体方面还面临着较大的挑战。微混合器作为微流控技术中的重要组成部分之一，它可以通过微米级通道控制流体的混合，从而实现高效、精准、可控的脂质体制备。文章概述了脂质体的制备方法及微流控技术的优势，并介绍了不同类型的微混合器在脂质体制备中的应用及优缺点，重点对微混合器的流动机理进行了综述，旨在为微混合器在脂质体制备中的应用研究提供一定的参考。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

19. 磁控电渣重熔技术研究进展

郭逸丰, 李强, 郑天祥, 沈喆, 丁彪, 钟云波

自然杂志 2023, 45 (3): 188-206. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.004

摘要（434）

PDF（pc）（10826KB）（156）

电渣重熔作为生产特殊钢等高端装备材料的重要环节，是一种集去除夹杂物和优化凝固组织于一体的二次精炼技术。然而，随着锭型尺寸的增加，大型特殊钢电渣锭普遍存在纯净度低、均质性差、凝固组织/碳化物粗大等共性问题。近年来，利用外加磁场对电渣精炼以及凝固过程进行调控，得到了众多研究者的广泛关注。文章主要结合课题组近些年的研究成果，围绕磁控电渣重熔多级强化去除夹杂物、磁控电渣重熔凝固组织/碳化物细化、磁控电渣重熔技术工业实践等方面，阐述了外加磁场提升电渣锭纯净度和均质性的作用机制，并提出未来的思考方向和研究重点。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

20. 无人艇集群控制技术研究综述

鲍凌志, 杜家辉, 胡辛明, 袁晓宇, 翁磊, 钟雨轩

自然杂志 2023, 45 (3): 207-216. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.005

摘要（445）

PDF（pc）（5522KB）（630）

在日益复杂的海洋环境下，为了适应多样的作战任务，无人艇通常以艇群方式协同作业，其中无人艇集群技术近年来发展迅速。文章主要介绍了各国无人艇集群系统发展现状，着重梳理了无人艇集群任务分配、集群编队以及集群避障这三项关键技术的最新发展。最后，对无人艇集群协同控制的研究方向和未来趋势进行总结和展望。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）