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我国学者在光响应碱基合成领域取得重要进展
2017年10月09日    作者: 王勇,庄乾坤,陈拥军    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(项目编号:21327009,21521063)等资助下,湖南大学谭蔚泓院士领衔的“分子科学与生物医学实验室(MBL)”设计合成了新型人工碱基zT,作为功能“元件”构建了光响应DNA纳米分子,并原创性地提出了“分子元素”(Molecular Element)的概念。该研究成果以“Artificial Base zT as Functional “Element” for Constructing Photoresponsive DNA Nanomolecules”为题,于2017年6月6日在Journal of the American Chemical Society(美国化学会志)上在线发表。

碱基是体内核酸复制、遗传信息传递的关键。DNA双螺旋结构的形成通过碱基A-T、C-G之间特异性配对实现,在其复制过程中,螺旋双链的解离则是在酶的作用下完成(图1a)。寻找DNA双链形成与解离的调控方法,不仅是重要基础科学问题,在生物医药与纳米材料等领域也极具应用价值。谭蔚泓院士团队将具有光响应形变性质的偶氮苯作为分子开关,实现DNA侧链磷酸骨架与碱基T之间的串联,设计合成了具有顺反构型的新型人工碱基zT,其反式结构(trans-zT)可与天然碱基特异地形成碱基配对、自组装形成DNA双链结构,而顺式结构(cis-zT)由于官能团方向变化,无法形成配对。该团队的研究发现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。该双链的循环解离及闭合可分别通过可见光(Vis)与紫外光(UV)照射进行调控(图1b)。

谭蔚泓成果图20171009.jpg

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

该文中谭蔚泓教授还原创性地提出了分子元素(Molecular Element)的概念。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与核糖或修饰核糖的C-1通过β糖苷键连接形成各类活性有机化合物。该团队通过磷酸二酯键将设计合成的分子元素顺序连接构建了寡聚类核酸分子,通过包含官能团的碱基实现分子识别、催化以及智能响应等功能,极大地拓展了天然核酸分子的功能。

王勇,庄乾坤,陈拥军

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