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DNA的光損傷的自我保護(hù)是通過酶促光復(fù)活作用來修復(fù)這種損傷的。因此，研究DNA光損傷的光修復(fù)過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。 人們設(shè)計了用來模擬光解酶作用的模型化合物，例如將一個發(fā)色團(tuán)共價連接到一個嘧啶二聚體上。這些模型化合物有助于我們詳細(xì)地理解光解酶循環(huán)電子轉(zhuǎn)移

2、的模型機(jī)理。但是在整個光復(fù)活過程中還有許多光物理—光化學(xué)方面的機(jī)理問題沒有解決，尤其是對于包含能量和電子轉(zhuǎn)移過程的DNA光復(fù)活過程，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能夠通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)來直接修復(fù)CPID，并且也有一個相當(dāng)高的修復(fù)量子產(chǎn)率(Φ=0.56)。 通過分子內(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)—光物理過程。 1.共價連接的CPD光解酶-底物模型的光敏化修復(fù)性質(zhì)我們合

4、成了共價連接的色氨酸—胸腺嘧啶二聚體模型化合物，用來模擬DNA光解酶的修復(fù)反應(yīng)。共價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，與裂解相競爭的逆向電子轉(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離子在二聚體自由基陰離子裂解前不會發(fā)生去質(zhì)子化。 2.胸腺嘧啶二聚體/氧雜環(huán)丁烷通過其修飾的環(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(簡稱TD-CD和Ox-CD)，并且通過結(jié)合一個富電子發(fā)色團(tuán)(如吲哚或者二甲基苯胺DMA)來形成超分子復(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)系我們合成了通過不同的鏈長共價連接的發(fā)色團(tuán)-二聚體模型化合物1～5，來研究它們在不同溶劑中裂解量子產(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，裂解量子產(chǎn)率Φ隨著溶劑極性的增大而減?。划?dāng)RDA較大時，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，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RDA較短時，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