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科技·前沿   近期清华最新科研成果扫描

2018-12-17 18:11 来源:未知

  日前,汽车系张剑波教授团队和加拿大西门菲莎大学化学系Michael Eikerling老师团队合营在《物理化学杂志C辑》上发文,正在双电层表面上迈出危殆一步;际遇学院鲁玺副教师正在可复生能源追求畛域取得重要开展,相干搜求功劳被算作封面著作,楬橥在最新一期的《自然》子刊上;医学院向烨研究组在《自然》杂志正在线宣告论文,发现了细菌病毒打破宿主细胞内膜新机制;《天然》子刊上还长文公告了医学院李海涛教谈课题组与德国科隆大学分子医学核心Jay Gopalakrishnan博士课题组的互助论文,呈现了细胞中心粒/纤毛长度控制新机制……

  近日,汽车系张剑波训练团队和加拿大西门菲莎大学化学系Michael Eikerling教练团队配合正在《物理化学杂志C辑》(The Journal of Physical Chemistry C)上公布题为《铂金的非枯燥外观带电举动:范式的转移》(Non-monotonic surface charging behavior of platinum: A paradigm change)的查究论文。该追求正在双电层(electrochemical double layer)表面上迈出急急一步,初次以理论自洽的本事展现了铂金外面的非单调带电举动,冲破了一个世纪以来基于零电荷电位(potential of zero charge, pzc)概想的电极概况单调带电举动的经规范式。同时,该查究阐释了带电电极外面与溶液离子之间的静电学感染,拓荒了车用燃料电池中央部件催化剂层构效合联寻找的新视角。汽车系博士生黄俊为论文第一作家,张剑波教师和Michael Eikerling教员为协同通讯作家。论文作家还席卷西门菲莎大学Eikerling锻练团队的Ali Malek博士。

  该论文同时被评选为美国化学学会编辑采用奖(ACS editors’ choice)。本奖项为美国化学学会基于寰宇各地400余位资深编纂的推举,从旗下44种期刊(征求JACS, Nano Lett., ACS Nano等)宣告的作品中,每日选用一篇具有仓促科学意义的著作,作为永久免费资源举办推广。

  计划电极外面氧化的双电层界面模型(左)及铂金的非枯燥外观带电作为(右)。

  有序纳米机关薄膜(nanostructure thin film, NSTF)铂金电极是下一代车用燃料电池催化剂层的探寻热点。因为不含守旧质子导体ionomer,NSTF铂金电极的质子传导率是公众雄壮合心的关头科常识题。铂金皮相的带电动作是破解这一问题的中心钥码。倘若铂金外表带负电荷,那么静电吸引可以大大促进NSTF铂金电极中的质子浓度,从而撤除人们对NSTF电极质子传导率的惆怅。向来以还,人们宏壮采用知名电化学家A.N. Frumkin于1928年提出的pzc概想来描写电极表面带电行为。当电极电位高于pzc时,电极表面带正电,反之,电极外观带负电。多量的实验测定铂金电极的pzc在0.2-0.4 V之间。那么正在pzc概想下,NSTF铂金电极正在寻常事情电压限制(0.6-0.9 V)应当外外带正电荷,从而驱除质子。缺乏带电举动的经外率式无法注解NSTF铂金电极精良的发电功用。

  本追求始末探讨皮相氧化带给铂金-溶液双电层构造的变更,以理论自洽的手段得到了铂金外外带电行为的外面模子。该模型冲破了基于pzc的缺乏带电行动的经楷模式,表现了铂金电极正在高电位地区外貌带负电荷的非缺乏风物。基于该模子,双方团队进一步关营探索了NSTF铂金电极的本原单位——注水铂金纳米孔——的质子传导率以及发电功能,干系效力以“Theory of electrostatic phenomena in water-filled Pt nanopore”为题发外正在《法拉第论坛》(Faraday Discussions)上。

  上述追求工作是汽车系张剑波锻练物色组与加拿大西门菲莎大学化学系Michael Eikerling训练搜求组转机团结的奏效,博得了汽车和平与节能国度重心实践室、东芝公司、国度留学基金委的附和。

  清华大学境况学院鲁玺副教员正在可重生能源搜索边界获得厉重开展,闭联探寻效力《中美风电对照:中国风电开展面临的挑拨》(Challenges Faced by China Compared with the US in Developing Wind Power)被作为封面著作,宣告正在最新一期的《天然》子刊《天然-能源》(Nature Energy)上。

  在2015年召开的巴黎天色改观大会上,华夏允许2030年前完竣碳排放达峰值,并将非化石能源正在一次能源浪掷中的比重晋升到20%。开展驾驭风能,扩张中国的风电物业是竣工这一倾向的危机途途。2015腊尾,中原风电装机容量来到145.1 GW,杰出美国装机容量的93.5%,但风力发电量仅为186.3TWh,比美国低4.6TWh。论文体验空间地舆筑模,初次提出评议地域风电场风机归纳外观原料的定量指标,经验定量阐明中美两国全数风力资源、平均表面容量因子,以及现有风电场的均匀理论容量因子,建立中美风电资源质料分别对两国现有风电场发电水准的差异成果不高,澄澈了传统意识上的毛病。正在此根底上,阅历因子分解的本领,定量露出了风电场联网问题,风电场外观材料,以及弃风题目是造成中美风电场发现不同的重要来历。作品末尾从电网盘算、电力更改与电力墟市,以及前进电力体例强壮性方面提出了应对步骤。

  2009年,鲁玺副教师曾以并列第一作者身份在Science发表封面作品Potential for Wind-Generated Electricity in China,定量阐发了我们国风力发电的经济潜力,以及潜正在的CO2减排教化,并提出我们国陆优势力发电成本供给弧线。这回宣告在《天然-能源》的论文是在之前探索根柢上,对我国新能源全性命周期的遭遇与天气转化成绩系列探求中的又一项重要功能。《天然-能源》特邀美国华盛顿乔治城大学锻练乔安娜·刘易斯(Joanna Lewis)训练对该论文举办专题商量。

  鲁玺副教练为论文的第一和通讯作者,哈佛大学迈克尔·迈克艾罗伊(Michael B. McElroy)教师为该论文的合资通信作家。其所有人关作者蕴涵哈佛大学中国项目(Harvard China Project)实行主任克里斯·尼尔森(Chris P. Nielsen)、普林斯顿大学彭暐博士、北京大学刘诗阳与南京大学王海鲲副教师。

  鲁玺副教练于2015年资历国度“青年千人”安置从哈佛大学引进到清华大学遭遇学院任事,紧张从事新能源、大气曰镪与天气蜕变方面的找寻。

  清华大学医学院向烨探寻组《天然》正在线发文闪现细菌病毒粉碎宿主细胞膜新机制

  6月15日,清华大学医学院向烨探究组于正在《天然》(Nature)杂志在线尾部卵白含有一段用于穿透细胞膜的孔路造成环绊”(“The bacteriophage φ29 tail knob protein possesses a pore-forming loop for cell membrane penetration”)的论文,表示细菌病毒打垮宿主细胞内膜新机制。论文始末对细菌病毒φ29尾部蛋白gp9(gene protein 9)布局及生化追求,缔造病毒掌管gp9的一段疏水性肽段正在宿主细胞膜上酿成孔道,并阅历其注射基因组DNA入宿主细胞内。

  左图:噬菌体φ29尾部蛋白gp9晶体组织与成熟噬菌体病毒颗粒冷冻电镜三维浸构真相拟合示意图,此中赤色局部为拥有形成孔道素质的疏水性肽段(L loop);右图:经验酸指点DNA开释后噬菌体冷冻电镜三维重构尾部布局以及依照电子密度模拟搭筑的gp9机关。可以看到正在酸指挥DNA开释后,L loop不妨从gp9变成的通路中翻转出来酿成单独新的孔道构造。

  细菌病毒(别名噬菌体)φ29属于双链DNA病毒,其经过自身的非收缩性短尾特异性侵染宿主枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。属于革兰氏阳性菌的枯草芽孢杆菌由细胞壁和细胞质膜包裹,助助自己屈服表界扰乱及病毒入侵。噬菌体最先必要栈稔细胞壁和细胞膜的窒碍,才调将遗传物质注入宿主举办复制和从新组装。φ29及别的大多半噬菌体经历尾部蛋白肽聚糖水解酶对细胞壁实行限定水解而突破细胞壁。然则,科学界看待噬菌体突破细菌细胞质膜并开释其遗传物质到宿主体内的机制知之甚少。

  经历比拟噬菌体φ29尾部着末蛋白gp9全长和突变体gp9△417-491的晶体组织,向烨寻觅组创造gp9卵白能够变成六聚体通道结构。相关于gp9△417-491,全长gp9通途内中被一段疏水性肽段(L loop)所添加。正在φ29习染进程中,这段疏水性肽段必须从gp9通道中释放出来,病毒DNA智力体验通路注入宿主细胞。对该肽段氨基酸同源序列研究缔造,该肽段与HIV病毒及流感病毒的转圜肽段(fusion peptide)氨基酸序列性子恰似。这途解φ29的这段疏水性肽段很惧怕与细胞膜习染。比拟噬菌体φ29在DNA释放前后的尾部通道构造的冷冻电镜三维重构结果,发明DNA开释后,该疏水性肽段能够从gp9造成的通途内部翻转,在尾着末酿成一个孤立的新的孔道。当与脂质体搀合并经过酸治理诱导DNA开释后,始末冷冻电镜游历到噬菌体φ29杂乱安排在脂质体周遭,且脂质体里面有噬菌体DNA。电镜重构结构闪现尾部新暴显露的疏水肽段插入脂质体上变成跨膜孔路供DNA体验。这一以造成跨膜孔道粉碎细胞膜的机制与一些真核病毒如腺病毒相似,讲明固然真核病毒和原核病毒在形式结构及入侵机制上有着较大分别,针对统一雍塞的趋同进化进程使得它们酿成好像的机制号衣宿主细胞膜障碍。

  此项事项由医学院向烨找寻组孤立告终。向烨博士为论文通信作家,2013级博士生许靖蔚为第一作者,追求组高足桂淼、2014级博士生王点红加入了该项事故。该探求博得他们们邦973项目、邦度天然科学基金、中组部青年千人安排、感化性疾病医治闭伙改正中心和北京清华大学结构生物学高精尖改变中央的大力援手,同时也赢得上海同步辐射办法及国度蛋白质科学找寻(北京)伎俩清华基地在数据征求上的大举营救。

  中心粒是动物细胞内一类重要的胞内构造,由众种核心粒卵白和微管组成,是构筑细胞核心体及纤毛的基础。其中,中央体插足细胞有丝碎裂纺锤体构修,与染色体等量昭着死别热心干系。纤毛是细胞G0期的垂危符号细胞器,无妨调控细胞干性守护及分裂和非对称破裂等多种细胞生命活动。中央粒的数量和构造相称会导致癌症或其他疾病(如众囊肾)的产生。有证实评释,核心粒蛋白的缺失和突变可诱发天分小脑虚假或巴德-毕德氏症候群等神经体系遗传病。当然人们已经阅历多种手法探明确核心粒的本原构造,可是看待核心粒的组装及长度控制机制等,至今依然不够深远寻找。

  图一 核心粒蛋白CPAP的PN2-3构造域与微管素二体的复合物结构及其突变体对纤毛长度的教化。

  CPAP是参加核心粒复制和组装的合节因子之一,正在核心粒微管生长和核心体成熟等历程中发挥严重成效。已有探求评释,CPAP蛋白包括PN2-3、A5N、CC及TCP等众个布局域,个中,位于氨基端的PN2-3机合域不妨从细胞质中捕获并汇闭微管素二体,PN2-3和微管素的聚会常数高达26纳摩尔。李海涛课题组通过布局领会及交联质谱等方法兴办,PN2-3机关域能够以一品种似“项链”的本领环绕聚会在微管素二体上,其中羧基端片断酿成“loop-helix”布局,会集到β-微管素皮相面,而其氨基端片断集合在β-微管素内外观(参睹图一)。

  本探究建造一个兴味的形势,PN2-3和微管素之间格外集结形式为核心粒微管的组装和可控滋生提供了分子结构基本。一方面,PN2-3的强微管素聚会才略包管了CPAP卵白没关系有用逮捕微管素二体,为微管拼装提供资料;另一方面,CPAP阅历可控的微管素开释,进而完工微管的定向生息。如斯CPAP卵白就像修筑工人相似,自愿调控着中心粒或许纤毛微管的鸠集与组装。本探寻鉴定出两类PN2-3点突变:缘故导致CPAP不能有效捕获微管素二体(F375A),或落空了对微管素开释的当真控制(EE343RR),从而涌现出显然的纤毛/中心粒变短或“过长”表型(参见图二)。

  CPAP是导致天生性幼脑荒唐(Microcephaly)的关键因子之一,发生在其羧基端TCP构造域的E1235V突变被外明与遗传性天性小脑谬误的产生亲切合联。李海涛课题组曾于2014年在《美邦科学院院报》(PNAS)宣布论文报路了果蝇CPAP卵白TCP机关域的晶体布局,腾讯分分彩走势图在线并于2015年荣获“人类前沿科学安置” (HFSP)“青年科学家奖”的国际援助。本项事宜是对核心体蛋白CPAP正在中心粒/纤毛复制和组装中发挥仓猝收效的晚生展。

  本事务由清华大学医学院李海涛课题组和德国科隆大学分子医学中心Jay Gopalakrishnan博士课题组羁縻完工。李海涛教道课题组CLS博士后郑向东为本论文第一作家,二年级博士追求生郑双平插足了局部紧急事情。本课题的交联质谱实践与生命科学院邓海腾训练和冯衫博士互助告竣,TIRF-微管动力学分析赢得了生命科学院欧光朔老师、李娴静博士以及生物影像平台的王文娟博士指挥和肆意协助。衍射数据征求正在上海同步辐射光源手腕收工。本项目得到人类前沿科学安置(HFSP)、邦度自然科学基金项目、北京布局生物学高精尖核心和生物治疗合伙维新中央等救援附和。