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发现DNA新功能:磷酸基团竟能充当分子"小手"引导化学反应

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新加坡国立大学化学家意外发现脱氧核糖核酸(DNA)的新用途。除了作为遗传信息载体,DNA还能作为高效制备药物化合物的强大工具。研究团队发现,DNA的磷酸基团能像微型"小手"般引导化学反应,精准制备所需构型的镜像分子。



许多药物具有"手性"特征 —— 其分子存在两种互为镜像的结构,如同左右手相互对称。这两种构型在人体内可能产生截然不同的效果:往往仅有一种构型具有疗效,另一种可能无效甚至有害。精准合成目标构型一直是药物化学领域的重大挑战,而国大团队开发的DNA技术为此提供了更简便环保的解决方案。

自然界中,DNA与蛋白质因携带相反电荷而相互吸引:DNA磷酸基团带负电,而多数蛋白质组分离子带正电。国大化学系助理教授朱瑞宜带领团队尝试利用这种静电相互作用来引导化学反应,以精准合成目标产物。

定位DNA活性位点

研究人员发现化学反应过程中,DNA特定磷酸基团能吸引并引导带正电的反应物,如同磁铁引导金属珠定向排列。这种"离子配对"效应使反应物保持特定取向与近距离,从而精准制备单一镜像产物。团队在多种化学反应中均验证了这一机制。

为精确解析DNA的作用位点,研究人员开发出"磷酸基团扫描"新技术:系统性地用类似结构取代DNA链上的单个磷酸基团,再观察反应选择性变化。当某个位点被取代后反应选择性下降,表明该处原始磷酸基团具有引导反应的关键作用。团队与香港中文大学教授张展龙合作,通过计算机模拟验证了这些发现。

迈向绿色智能化学制造

这项研究发表于《自然·催化》期刊。朱助理教授表示:"自然界从未将DNA磷酸基团用作催化剂,但我们证明经过精准设计,它们能发挥人工酶的功能。""这不仅是概念突破,更能推动化学制造向可持续发展转型,尤其对制药领域复杂高价值分子的合成具有重要意义。"

展望未来,团队将继续探索DNA磷酸基团在手性药物合成中的应用潜力。

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