蘇紅梅老師Science Advances文章介紹
鳥嘌呤G堿基氧化還原性質極為活潑，在DNA氧化損傷及DNA電荷傳導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，生成后續(xù)的損傷產物（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，而是經常涉及到一類重要的自由基離子對中間體參與反應。理論計算預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堿基對內的質子轉移途徑。
最近，蘇紅梅老師課題組通過低溫穩(wěn)定反應中間體的方法并結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。 借助動力學分析，確定了這兩個吸收峰對應于雙鏈GC堿基對內質子轉移平衡的兩種離子對結構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堿基對內質子轉移平衡的兩種質子化結構、并測得質子轉移的反應能壘(Ea ~ 1.4 kcal/mol)。這些結果給出DNA鳥嘌呤氧化反應的自由基離子對機理的關鍵實驗證據(jù)，對深入認識DNA質子耦合電子轉移和DNA氧化損傷等過程具有重要意義。相關研究得到基金委杰出青年科學基金等項目的經費支持，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.
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