李燦院士研究組發現G四鏈體DNA手性催化功能

中科院大連化學物理研究所李燦院士研究組（503組）在生物催化的相關研究中觀察到G四鏈體DNA在不對稱Diels−Alder反應和Friedel−Crafts反應中顯示出手性催化功能。相關研究結果近日分別發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201204850）和《化學通訊》（Chem. Commun., 2012, 48, 6232-6234）上。

近年來，該研究組一直致力于手性科學相關問題的研究，先后發展了基于表面、納米孔、乳液等多相手性催化體系。zui近，又成功地利用手性光譜技術（尤其手性拉曼）開展了手性催化反應機理和生物分子手性結構的研究。在對人端粒（human omere，ht）末端富含鳥嘌呤（G）的單鏈DNA序列的系列研究中發現，它在不同條件下可形成不同構型的G四鏈體DNA結構（ht-G4DNA）并且表現出豐富的手性特征。受此結果啟發，研究人員設計了基于ht-G4DNA的系列手性催化劑，并對其催化功能進行了探索性研究。

長期以來，人們所熟知的酶催化主要指蛋白質的催化功能。上世紀80年代初，研究者發現RNA具有催化功能，此項工作被認為是生命科學領域的重大發現，并因此獲得1989年諾貝爾化學獎。之后，DNA是否也具有催化功能引發了科學界的廣泛探索。例如，1994年，美國科學家發現人工DNA可以催化RNA磷脂鍵的斷裂；2005年，荷蘭科學家報道了天然雙螺旋DNA和金屬絡合物組裝的雜化催化體系可以實現不對稱催化反應。DNA本身是否具有手性催化功能一直是研究者關注的熱點，本研究發現人端粒G四鏈體DNA具有手性催化功能，對認識DNA的催化功能具有借鑒意義。

研究發現，ht-G4DNA本身可以催化不對稱Diels−Alder反應和Friedel−Crafts反應。當ht-G4DNA和銅（II）離子組裝成DNA金屬酶時，反應的活性和手性選擇性可大幅度提升。調控ht-G4DNA的拓撲結構可以影響反應產物的手性構型。如在Diels−Alder反應中，當ht-G4DNA從反平行結構轉變為平行結構時，反應產物的手性構型發生了反轉，產物的ee值從+74%轉變為-47%。進一步調變G四鏈體DNA的堿基序列，可在很大程度上影響反應的速率和產物的手性選擇性。

該工作得到了國家自然科學基金委創新群體和面上基金項目的資助