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非共价相互作用广泛存在于生命体系中,设计并合成与核酸分子具有相互作用的有机小分子,研究它们之间结合的特异性以及小分子对DNA的构象、性质的影响,将有利于从分子水平了解生命现象,筛选具有特定生物功能的活性分子。电喷雾质谱法具有快捷、样品用量少、数据直观、处理简单等优势,是研究小分子与DNA非共价相互作用的重要分析方法。
本研究首先用电喷雾质谱法研究了寡聚酰胺分子与双链DNA的相互作用。所选择的两个靶点分别是5-AAATCCTAAAA-3序列和人类端粒DNA序列5-(TTAGGG)2-3。提出了ESI质谱法测定寡聚酰胺与靶点DNA非共价相互作用的分析条件;利用滴定分析、竞争实验得到了寡聚酰胺分子与双链DNA的非共价相互作用亲和力大小顺序,并利用二级质谱证实了结合的存在,分析了结合模式。通过定量计算初步获得了平衡常数;发现PyPyPyγImImImβDp与人类端粒双链DNA具有高亲和力特异性的识别和结合功能。
研究了小分子与XGGGGX四聚体的相互作用。研究结果显示,Tel01分子的结合是最强的,其次是ImImImβDp,最弱的是发夹状寡聚酰胺。竞争实验、二级质谱等研究的结果指出,Tel01分子主要是以堆积作用结合在四聚体末端,而寡聚酰胺则以氢键等结合在侧沟区,这也决定了它们的结合强弱。此外,还总结了6碱基四聚体DNA的形成规律,以及中心NH4+离子的n-1规则;并发现了6碱基四链体特殊的“自组装”现象。在升温实验中,研究了四聚体DNA的热力学性质,比较了末端碱基对热稳定性的影响,发现小分子的引入有利于四聚体的稳定。
然后用电喷雾质谱研究了人类端粒DNA四聚体。总结了小分子与人类端粒DNA四聚体的结合强弱顺序和模式。在同时存在双链与四聚体DNA的情况下,首次在同一个体系中成功观察到了小分子的特异结合性:PyPyPyγImImImβDp对双链DNA有特异的选择性,平面分子Tel01对于四聚体DNA有特异的选择性。结合质谱和圆二色谱分析了pH、退火处理以及中心阳离子等因素对人类端粒DNA四聚体构象的影响,发现Tel01分子容易使(AGGGTT)4序列转化为反向平行构象的四聚体。
最后,还对其它一些富G序列形成的四聚体DNA进行了研究。由TBA(凝血酶结合核酸适体)序列与小分子的结合情况分析出其构象为收敛的四聚体结构,并发现退火会促使其构象发生转换。