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脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)是一种长链双螺旋结构聚合物,是染色体和基因的主要组成成分,存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息。核苷酸是DNA的基本组成单位,由磷酸、脱氧核糖和嘌呤或嘧啶碱基三种物质构成。多种理化因素诱导DNA损伤,尤其以光源、辐射及其伴随的光化学介导活性氧自由基诱导DNA核苷酸序列永久性氧化损伤最为严重,表现为DNA空间结构改变、脱氧核糖分解、碱基颠换和碱基开环等,直接导致疾病、衰老和死亡。本文以小牛胸腺DNA为研究对象,通过可见光辐照α-Fe2O3和BiOBr光化学材料介导·OH,紫外光辐照BiOBr光化学材料介导O2-·,研究DNA光化学损伤机理及其差异性；利用紫外光辐照BiOBr和TiO2光化学材料介导O2-·、·OH和空穴,分别研究DNA链上最易受到活性氧自由基攻击的典型碱基(鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)光化学损伤机理,并结合HMO方法分析DNA四种含氮碱基与氧化损伤活性之间的相关性,进一步验证了DNA光化学损伤机理主要涉及DNA基本组成物质碱基氧化损伤、脱落和开环。本文的主要研究成果如下：1.选取小牛胸腺DNA为研究对象,研究可见光协同下α-Fe2O3光化学介导·OH诱导DNA氧化损伤机理,并结合HMO方法计算DNA链上四种碱基的能量参数,分析各个碱基结构与氧化损伤活性之间的相关性。运用高效液相(HPLC)监测DNA光化学氧化损伤历程,通过液质联用(LC-MS)先进技术手段,重点分析DNA光化学氧化损伤产物、开环方式和进攻位点,利用荧光和分光光度法跟踪光化学过程活性氧自由基和H202相对浓度的变化。结果表明,可见光协同下α-Fe2O3光化学材料高效活化H202介导·OH,·OH诱导DNA氧化损伤机理主要涉及DNA链上的鸟苷-胞苷碱基对和腺苷-胸腺苷碱基对的羟基化并伴随碱基开环。嘌呤碱基N7-C8双键以及嘧啶碱基的C5-C6双键最易与活性物质发生加成,嘌呤碱基的C8位以及嘧啶碱基的C6位最易受到活性氧自由基的攻击,胸腺嘧啶和鸟嘌呤是DNA链上四种含氮碱基中最易氧化损伤的碱基。2.选取BiOBr为光化学材料,以小牛胸腺DNA为研究对象,通过紫外光辐照BiOBr光化学介导O2-·,可见光辐照BiOBr光化学介导·OH,运用凝胶电泳和高效液相(HPLC)监测DNA光化学氧化损伤历程,通过液质联用(LC-MS)先进技术手段,重点分析DNA光化学氧化损伤产物、开环方式和进攻位点,利用电子顺磁共振(ESR)和分光光度法跟踪光化学过程活性氧自由基的类型和H202相对浓度的变化,重点对比BiOBr光化学介导O2-·和·OH诱导DNA氧化损伤机理的差异。结果表明,BiOBr光化学介导02-·和·OH诱导DNA氧化损伤严重,O2-·诱导DNA氧化损伤中间产物是鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对和近似8-oxodG结构的物质,而·OH直接引起鸟苷-胞苷碱基对羟基化和嘌呤碱基脱落并伴随嘧啶碱基氧化开环。3.基于DNA光化学损伤主要涉及DNA链上脱氧核糖分解和碱基氧化开环,选取DNA链上鸟嘌呤碱基为研究对象,采用紫外光辐照BiOBr光化学介导02-·研究鸟嘌呤光化学氧化损伤机理,进一步论证DNA光化学氧化损伤机理。运用高效液相3PLC)监测鸟嘌呤光化学氧化损伤历程,结合五次光化学循环和离子色谱法评价BiOBr光化学材料的稳定性,通过液质联用(LC-MS)先进技术手段,重点分析鸟嘌呤光化学氧化损伤产物、开环方式和进攻位点,利用电子顺磁共振(ESR)鉴别光化学过程活性氧自由基的类型。结果表明,BiOBr是一类稳定的光化学材料,02-·诱导鸟嘌呤光化学氧化损伤产物质核比为130和156,没有发现质核比为168的8-oxodG的分子离子峰,但质核比为156的oxGH最可能来自8-oxodG的进一步氧化损伤。本项研究充分揭示了生物标记物8-oxodG在DNA氧化损伤领域应用的局限性。4.选取DNA链上嘧啶碱基(胸腺嘧啶和胞嘧啶)为研究对象,采用紫外光辐照Ti02光化学在水相和有机相(乙腈)中介导·OH和空穴,研究嘧啶碱基光化学氧化损伤机理,结合外加活性氧自由基拮抗剂(甲酸、异丙醇和甲醇),研究拮抗剂抑制嘧啶碱基光化学氧化损伤机制。运用高效液相(HPLC)监测嘧啶碱基光化学氧化损伤历程,通过液质联用(LC-MS)先进技术手段,重点分析嘧啶碱基光化学氧化损伤产物、开环方式和进攻位点,利用电子顺磁共振(ESR)跟踪光化学过程活性氧自由基的类型和趋势。结果表明,与混合溶液相比,在纯水相和有机相(乙腈)中嘧啶碱基光化学损伤严重。当嘧啶碱基为底物时,在水相中同时捕获·OH和碳自由基,有机相(乙腈)中捕获空穴。活性氧自由基拮抗剂(甲酸、异丙醇和甲醇)通过竞争或捕获活性氧自由基以实现抑制底物光化学氧化损伤和保护底物的作用。光生空穴与·OH均可造成胸腺嘧啶和胞嘧啶的开环,其中以·OH诱导胸腺嘧啶的氧化损伤最为严重,直接导致碱基互变异构为尿嘧啶。