鳥嘌呤G堿基氧化還原性質(zhì)極為活潑,在DNA氧化損傷及DNA電荷傳導(dǎo)等過程中扮演重要的角色。光照或強氧化自由基作用下,G堿基容易失去一個電子形成陽離子自由基(G+·),引發(fā)DNA鏈上的空穴傳輸或系列的DNA氧化損傷反應(yīng),生成后續(xù)的損傷產(chǎn)物(8-OG、FAPY-G, imidazolone, oxazolone等)。然而,G+·的生成不單純是直接的單電子氧化過程,而是經(jīng)常涉及到一類重要的自由基離子對中間體參與反應(yīng)。理論計算預(yù)測自由基離子對中間體壽命短(~ ps),穩(wěn)定性極低,過去實驗上一直難以對其探測表征。
圖A:G堿基單體氧化反應(yīng)中的離子對中間體特征光譜吸收;圖B:TD-DFT計算的離子對中間體光譜及相關(guān)躍遷軌道;圖C:離子對中間體的特征光譜在雙鏈DNA發(fā)生裂分;圖D:雙鏈DNA中GC堿基對內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移途徑。
最近,蘇紅梅老師課題組通過低溫穩(wěn)定反應(yīng)中間體的方法并結(jié)合時間分辨光譜探測,成功捕捉到DNA鳥嘌呤氧化損傷基元反應(yīng)途徑中的自由基離子對中間體。對于氯自由基與G堿基的反應(yīng)體系,在低溫瞬態(tài)吸收光譜上探測到中心位于570 nm的強吸收峰,結(jié)合理論計算歸屬為G+•…Cl-離子對中間體,這一可見光區(qū)域的特征吸收光譜是由離子對靜電作用改變躍遷軌道空間重疊所致,與G+•本身在可見區(qū)吸收弱的光譜行為有明顯區(qū)別。進一步在雙鏈DNA的氧化反應(yīng)體系中,觀測到離子對中間體在570nm的特征光譜裂分為480nm和610nm兩個吸收峰。 借助動力學(xué)分析,確定了這兩個吸收峰對應(yīng)于雙鏈GC堿基對內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡的兩種離子對結(jié)構(gòu)Cl-…G+•:C ↔ Cl-…G(-H)•:C(+H+),通過離子對特征光譜的裂分,進而清晰區(qū)分了雙鏈DNA堿基對內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡的兩種質(zhì)子化結(jié)構(gòu)、并測得質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)能壘(Ea ~ 1.4 kcal/mol)。這些結(jié)果給出DNA鳥嘌呤氧化反應(yīng)的自由基離子對機理的關(guān)鍵實驗證據(jù),對深入認識DNA質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移和DNA氧化損傷等過程具有重要意義。相關(guān)研究得到基金委杰出青年科學(xué)基金等項目的經(jīng)費支持,論文近期發(fā)表在Science子刊《Science Advances》 (Sci. Adv. 2017, 3, e1700171.): Capturing the radical ion-pair intermediate in DNA guanine oxidation.
版權(quán)與免責(zé)聲明:本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享,并不意味著贊同其觀點或證實其真實性,也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺,不為其版權(quán)負責(zé)。如涉及侵權(quán),請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱:sales@allpeptide.com