化學所在DNA光化學反應動力學機理研究方面取得系列進展

　　光化學反應導致DNA損傷，引發疾病和衰老。DNA光化學反應是分子生物學與物理化學交叉的基礎前沿研究課題。在基金委、科技部、中科院支持下，中國科學院化學研究所光化學重點實驗室的科研人員致力于發展時間分辨激光光譜方法，在分子和量子態層次上深入研究DNA光化學反應的復雜過程和機理，取得系列進展。

　　在DNA生色團堿基分子的光化學反應、導致交聯損傷的CPD反應（嘧啶堿基雙鍵的[2+2]環加成）以及SP反應（CH3基團與相鄰T堿基C=C雙鍵的加成反應）研究方面，揭示一類激發三重態的暗態反應機理和勢能面交叉導致的非絕熱反應途徑（J. Phys. Chem. A. 2011, 115，5335-5345，J. Phys. Chem. B. 2012, 116，11117-11123，J. Phys. Chem. A. 2014, 118, 9105-9112）。在活性氧ROS引發的DNA氧化性損傷反應研究方面，闡明了6-硫代鳥嘌呤(6-TG)及4-硫代尿嘧啶(4-TU)分子吸收UVA紫外光、光敏產生單態氧(1O2)、1O2氧化導致致癌產物的基元反應途徑和關鍵的過氧化物反應中間體，揭示了生物分子水環境下水分子協助調控反應的重要作用（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135，4509-4515；J. Phys. Chem. B, 2014, 118，5864-5872）。

　　最近，科研人員將研究深入至更為復雜的DNA的二級結構G-四鏈體的反應體系。探測到G四鏈體微環境下配體分子不同于體相的激發三重態衰變過程（圖左），由此發展了一種新的研究G四鏈體-配體相互作用的動力學實驗方法，可清晰區分末端堆積、插入等pi-pi堆積作用方式并獲得定量信息（J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2259-2266）；同時，對單電子氧化產生DNA的陽離子自由基G+?的脫質子反應，觀測到G-四鏈體中不同于單個堿基dG以及雙鏈DNA的獨特的脫質子反應途徑（脫氨基質子N2-H而不是亞氨基質子N1-H），揭示了DNA結構的局部氫鍵微環境對質子轉移反應機理的影響（圖右），闡述了G-四鏈體在DNA自由基化學中的動力學微觀機理（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137，259-266）。這些工作同時為化學反應溶劑化（pi共軛、氫鍵等效應）的研究提供了新的認識。

　　圖示：（左）結合在G-四鏈體中的配體卟啉分子的三重態衰減動力學曲線；（右）陽離子自由基G+?在G-四鏈體結構中不同于單個堿基的獨特的脫質子反應途徑。