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【转】分子科学与生物医学实验室(MBL)成功合成光响应碱基并原创性提出分子元素概念

发布时间:2017-07-24 / 编辑:符婷
引用自:http://news.hnu.edu.cn/zhyw/2017-07-24/17971.html

 日前,我校化学生物传感与计量学国家重点实验室、化学化工学院和生物学院谭蔚泓院士所领导的“分子科学与生物医学实验室(MBL)”在《Journal of the American Chemical Society》(影响因子13.858)上发表研究论文"Artificial Base zT as Functional “Element” for Constructing Photoresponsive DNA Nanomolecules”,设计合成了新型人工碱基zT,作为构建光相应DNA纳米分子的功能“元件”。

 碱基是生物体内核酸复制、遗传信息传递的关键部分:DNA双螺旋结构是通过碱基A-T、C-G之间特异性配对自组装形成的,在DNA复制过程中,螺旋双链的解开是在酶的作用下进行的(图1a)。寻找DNA双链形成与解开的控制方法,不仅是重大的基础科学问题,在生物医药与纳米材料等领域也具有重要应用价值。通过不同波长的光波照射,实现控制双链的形成与解开,具有操作简便、适用性广等特点(图1b)。

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图1 a) 生物体内酶作用下DNA双链的解开与形成;b) 光控制的DNA双链的解开与形成。

 

 我校MBL课题组的王若文博士和金程同学等将具有光响应的偶氮苯基团,作为串联DNA侧链磷酸骨架与碱基T之间的分子开关,设计了新碱基zT,该碱基具有反式(trans-zT)与顺式(cis-zT)两种构型,trans-zT可与天然碱基特异地形成碱基配对、实现自组装形成DNA双链结构,而cis-zT由于官能团方向变化,不能形成配对。trans-zT与cis-zT之间的异构可通过不同波长的光照实现转化(图1b)。

 研究结果表明,trans-zT不仅可与天然碱基A特异性配对,而且通过trans-zT-A形成的双链结构比天然A-T双链结构更稳定。该双链的形成与解开可分别通过可见光(Vis)与紫外光(UV)照射进行控制,并且能多次循环解开、闭合。

 在该文中,谭蔚泓教授还提出了具有原创性的概念:分子元素(Molecular Element)。元素是化学的基石、是构成化合物的基本单元。分子元素是指根据功能需求而设计的类似核苷酸的分子基元,这些分子基元核苷酸中的碱基可以是任意的与核糖或修饰核糖的C-1通过β糖苷键连接而成的活性有机化合物。利用设计合成的分子元素,我们可通过磷酸二酯键将这些分子元素顺序连接构造一个寡聚类核酸分子。由于这种寡聚类核酸分子的碱基可以包含任意功能的有机分子单元,可以实现各种特定的分子识别、催化以及智能响应等功能,从而极大地扩展天然核酸分子的功能,是一种超核酸的功能分子。