DNA光解酶作用機(jī)理的模型研究.pdf

1、在紫外線作用下DNA生成兩種主要光化學(xué)產(chǎn)物：環(huán)丁烷型嘧啶二聚體和(6-4)光產(chǎn)物。它們會(huì)造成細(xì)胞死亡，并能引起變異，是誘發(fā)皮膚癌的主要原因。細(xì)胞對(duì)DNA的光損傷的自我保護(hù)是通過(guò)酶促光復(fù)活作用來(lái)修復(fù)這種損傷的。因此，研究DNA光損傷的光修復(fù)過(guò)程將有助于揭示生物體內(nèi)酶促DNA光復(fù)活作用的機(jī)理。 人們?cè)O(shè)計(jì)了用來(lái)模擬光解酶作用的模型化合物，例如將一個(gè)發(fā)色團(tuán)共價(jià)連接到一個(gè)嘧啶二聚體上。這些模型化合物有助于我們?cè)敿?xì)地理解光解酶循環(huán)電子轉(zhuǎn)移

2、的模型機(jī)理。但是在整個(gè)光復(fù)活過(guò)程中還有許多光物理—光化學(xué)方面的機(jī)理問(wèn)題沒(méi)有解決，尤其是對(duì)于包含能量和電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的DNA光復(fù)活過(guò)程，還不清楚是什么因素使光解酶能產(chǎn)生如此高的修復(fù)效率(Φ=0.7-0.98)。此外，在280nm光激發(fā)下，在活性部位附近的色氨酸277能夠通過(guò)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)來(lái)直接修復(fù)CPID，并且也有一個(gè)相當(dāng)高的修復(fù)量子產(chǎn)率(Φ=0.56)。 通過(guò)分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移而修復(fù)損傷的模型體系表現(xiàn)出不同的溶劑效應(yīng)，例如在從水到1，

3、4-二氧六環(huán)的不同極性溶劑中，吲哚-二聚體體系的裂解量子產(chǎn)率Φ=0.06-0.40，而黃素-二聚體體系的Φ則為0.062-0.016。這可能是由于在低極性溶劑中電荷分離中間體的逆向電子轉(zhuǎn)移落入Marcus逆轉(zhuǎn)區(qū)，使逆向電子轉(zhuǎn)移速率減慢而促進(jìn)二聚體的裂解。 我們主要從模型化合物的分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移來(lái)研究光解酶的模型機(jī)理，進(jìn)一步理解CPD光解酶的光化學(xué)—光物理過(guò)程。 1.共價(jià)連接的CPD光解酶-底物模型的光敏化修復(fù)性質(zhì)我們合

4、成了共價(jià)連接的色氨酸—胸腺嘧啶二聚體模型化合物，用來(lái)模擬DNA光解酶的修復(fù)反應(yīng)。共價(jià)連接色氨酸的二聚體的光敏化裂解顯示出強(qiáng)烈的溶劑效應(yīng)，反應(yīng)速率在極性溶劑中增大，例如在四氫呋喃/環(huán)己烷(5：95)中Φ=0.004，在水中Φ=0.093。通過(guò)從激發(fā)態(tài)色氨酸到二聚體的電子轉(zhuǎn)移，色氨酸殘基熒光被共價(jià)連接的二聚體猝滅，熒光猝滅研究表明在極性溶劑中電子轉(zhuǎn)移更有效。在色氨酸·+-二聚體·-中二聚體自由基陰離子的裂解效率也表現(xiàn)出顯著的溶劑效應(yīng)，并且在

5、極性溶劑中裂解效率增大。在電荷分離中間體中，與裂解相競(jìng)爭(zhēng)的逆向電子轉(zhuǎn)移在極性溶劑中被抑制。雖然這些結(jié)果與早期吲哚-二聚體模型體系的溶劑效應(yīng)結(jié)果不同，但是能夠根據(jù)發(fā)色團(tuán)和共價(jià)連接二聚體的距離不同進(jìn)行合理解釋。裂解反應(yīng)的pH效應(yīng)和氘代同位素效應(yīng)表明：在電荷分離中間體中色氨酸自由基陽(yáng)離子在二聚體自由基陰離子裂解前不會(huì)發(fā)生去質(zhì)子化。 2.胸腺嘧啶二聚體/氧雜環(huán)丁烷通過(guò)其修飾的環(huán)糊精包合發(fā)色團(tuán)的光敏化修復(fù)我們合成了兩個(gè)用環(huán)糊精修飾的胸腺

6、嘧啶二聚體和胸腺嘧啶氧雜環(huán)丁烷加成物模型化合物(簡(jiǎn)稱TD-CD和Ox-CD)，并且通過(guò)結(jié)合一個(gè)富電子發(fā)色團(tuán)(如吲哚或者二甲基苯胺DMA)來(lái)形成超分子復(fù)合物。在吲哚/DMA存在下，研究了TD-CD/Ox-CD中二聚體/氧雜環(huán)單元的光敏化裂解，并且觀察到二聚體/氧雜環(huán)單元的高裂解效率。在熒光光譜和裂解量子產(chǎn)率的基礎(chǔ)上，被修飾的β-CD和DMA或者吲哚之間有包合相互作用。在非共價(jià)結(jié)合的復(fù)合物中，逆向電子轉(zhuǎn)移能夠被抑制，它是導(dǎo)致共價(jià)連接發(fā)色團(tuán)-

7、二聚體/氧雜環(huán)化合物低裂解量子產(chǎn)率的原因，文章還討論了這種非共價(jià)結(jié)合方式能夠抑制逆向電子轉(zhuǎn)移的機(jī)理。 3.光誘導(dǎo)分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)與授受體之間距離的關(guān)系我們合成了通過(guò)不同的鏈長(zhǎng)共價(jià)連接的發(fā)色團(tuán)-二聚體模型化合物1～5，來(lái)研究它們?cè)诓煌軇┲辛呀饬孔赢a(chǎn)率的溶劑效應(yīng)和熒光猝滅。當(dāng)發(fā)色團(tuán)與二聚體的距離RDA較小時(shí)，裂解量子產(chǎn)率Φ隨著溶劑極性的增大而減??；當(dāng)RDA較大時(shí)，Φ的值隨著溶劑極性的增大反而增大。這種明顯不同的溶劑效應(yīng)是授受體

8、之間的距離RDA不同而導(dǎo)致的，可以根據(jù)Marcus理論進(jìn)行合理解釋。當(dāng)RDA較大時(shí)，溶劑重組能λs較大，逆向電子轉(zhuǎn)移處在Marcus正常區(qū)(λs＞-△G°bet)，隨著溶劑極性的降低，溶劑對(duì)兩性離子的去穩(wěn)定作用增強(qiáng)(-△G°bet增大)，kbet增大，修復(fù)效率(Φ=kspl/(kspl+kbet))降低；當(dāng)連接鏈長(zhǎng)RDA較短時(shí)，λs較小，逆向電子轉(zhuǎn)移可能處在Marcus逆轉(zhuǎn)區(qū)(-△G°bet＞λs)，將呈現(xiàn)相反的溶劑效應(yīng)。 4