大连化物所发现G四链体DNA的手性催化功能

　　中科院大连化学物理研究所李灿院士研究组（503组）在生物催化的相关研究中观察到G四链体DNA在不对称Diels??Alder反应和Friedel??Crafts反应中显示出手性催化功能。相关研究结果近日分别发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201204850）和《化学通讯》（Chem. Commun., 2012, 48, 6232-6234）上。

　　近年来，该研究组一直致力于手性科学相关问题的研究，先后发展了基于表面、纳米孔、乳液等高效多相手性催化体系。最近，又成功地利用手性光谱技术（尤其手性拉曼）开展了手性催化反应机理和生物分子手性结构的研究。在对人端粒（human telomere，ht）末端富含鸟嘌呤（G）的单链DNA序列的系列研究中发现，它在不同条件下可形成不同构型的G四链体DNA结构（ht-G4DNA）并且表现出丰富的手性特征。受此结果启发，研究人员设计了基于ht-G4DNA的系列手性催化剂，并对其催化功能进行了探索性研究。

　　研究发现，ht-G4DNA本身可以催化不对称Diels??Alder反应和Friedel??Crafts反应。当ht-G4DNA和铜（II）离子组装成DNA金属酶时，反应的活性和手性选择性可大幅度提升。调控ht-G4DNA的拓扑结构可以影响反应产物的手性构型。如在Diels??Alder反应中，当ht-G4DNA从反平行结构转变为平行结构时，反应产物的手性构型发生了反转，产物的ee值从+74%转变为-47%。进一步调变G四链体DNA的碱基序列，可在很大程度上影响反应的速率和产物的手性选择性。

　　长期以来，人们所熟知的酶催化主要指蛋白质的催化功能。上世纪80年代初，研究者发现RNA具有催化功能，此项工作被认为是生命科学领域的重大发现，并因此获得1989年诺贝尔化学奖。之后，DNA是否也具有催化功能引发了科学界的广泛探索。例如，1994年，美国科学家发现人工DNA可以催化RNA磷脂键的断裂；2005年，荷兰科学家报道了天然双螺旋DNA和金属络合物组装的杂化催化体系可以实现不对称催化反应。DNA本身是否具有手性催化功能一直是研究者关注的热点，本研究发现人端粒G四链体DNA具有手性催化功能，对认识DNA的催化功能具有借鉴意义。

　　该工作得到了国家自然科学基金委创新群体和面上基金项目的资助。

G四链体DNA及其金属酶催化的不对称Diels−Alder反应示意图