化学所在DNA光损伤反应动力学机理研究方面取得新进展

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化学所在DNA光损伤反应动力学机理研究方面取得新进展

2013.4.01

　　分子反应动力学的研究从气相小分子体系扩展到更为复杂的凝聚相生物分子体系、与分子生物学等领域形成交叉，是化学动力学研究领域蕴含机会和富有挑战的方向之一。在基金委、科技部、中科院支持下，化学研究所分子反应动力学实验室的科研人员，致力于发展时间分辨红外等光谱方法，深入研究导致DNA光损伤的激发态及自由基反应的复杂过程，取得了系列进展，发现并提出分子和量子态层次上认识DNA光损伤的多种化学反应新机理。

　　DNA光损伤的本质是生色团碱基分子吸收紫外光发生光化学反应。反应涉及到1ππ*、1nπ*、3ππ*激发态以及基电子态等多个电子态的参与及电子非绝热效应，探测反应发生的非绝热途径是认识DNA激发态复杂反应衰变过程的关键。对导致交联损伤的CPD反应，即嘧啶碱基双键的[2+2]环加成、生成环丁烷嘧啶二聚体 (CPD)的反应，研究人员成功探测到CPD生成动力学，揭示了反应的激发三重态机理及T1/S0势能面交叉的存在和反应发生的非绝热反应途径(J. Phys. Chem. A. 2011, 115，5335-5345)。对SP损伤反应，即胸腺嘧啶T碱基的CH3基团与相邻T碱基的C=C双键发生加成反应生成SP交联产物，研究人员揭示了反应的双自由基分步机理和非绝热反应途径，解决了生物化学上对该反应是协同机理还是分步机理的长期困惑(J. Phys. Chem. B. 2012, 116，11117-11123)。

　　在DNA光损伤反应中，还存在一类危害更大的UVA波段的紫外光引发的损伤，主要是机体组织的内源性或外源性光敏剂分子吸收UVA、产生活性氧ROS、引发一系列ROS氧化性损伤反应。深入认识UVA光损伤发生的分子反应机制，需要从物理化学上研究这些反应发生的动力学机理。以化学、生物、医药等多个领域普遍关注的6-硫代鸟嘌呤(6-TG)分子为例，研究人员阐明了6-TG吸收UVA光敏产生单态氧 (1O2)、1O2氧化6-TG生成致癌产物GSO3的基元反应途径和关键反应中间体(如图)，发现并提出新的反应机理(GSOOH→GSO2→GSO4→GSO3)，揭示了生物分子水环境下水分子协助调控反应的重要作用(J. Am. Chem. Soc. 2013, 135，4509-4515)。