DNA手性自组装调控对映异构体选择性结晶研究

Aiming to develop a chiral resolution route of drugs including propranolol, ibuprofen, etc., the regulation mechanism of chirality will be studied for biomacromolecular DNA self-assembly, in order to construct chiral DNA templates with specific recognition sites and stereoselectivities towards different drug enantiomers. The nucleation and growth mechanism of different enantiomers will be studied under the orientation of chiral DNA templates. Optimizing the crystallization conditions involving the cooling rate, the solvent, the seed species, etc., the preferential crystallization of drug enantiomers will be studied through the chiral recognition of DNA templates. It is the first time to develop a novel chiral resolution route for drug enantiomers under the orientation of chiral recognition of DNA templates, the results will promote the development of medicine crystallization and chiral separation techniques. Moreover, studies on the chirality of DNA self-assembly and the recognition mechanism towards drug enantiomers are also fundamental to the investigations on molecular biology.

以盐酸普萘洛尔、布洛芬等药物的手性拆分为应用背景，本课题拟研究生物大分子DNA自组装结构手性特征的调节规律，针对不同药物对映异构体，设计构建具有不同识别位点和立体选择性的核酸手性模板；研究不同对映异构体在手性模板诱导下的成核生长机理，优化降温速率、溶剂组成、晶种类型等结晶条件，以实现基于DNA手性识别的对映异构体的择优结晶拆分。本课题首次基于核酸组装结构的手性识别特征，研究开发用于药物对映体拆分的新途径，研究成果可以促进医药结晶和手性拆分技术的发展；而且核酸手性自组装规律与药物对映体的手性识别机理对于分子生物学的研究也具有重要意义。

本项目系统研究了生物大分子在对映异构体分离及纳米酶仿生合成中的应用。一方面，研究通过金属离子与富含GC碱基对的双链DNA的配位模式来构建DNA手性拆分剂，用于氧氟沙星对映体的拆分。金属离子Mg2+, Ni2+, Cu2+, Ag+, Pt2+，通过与DNA的不同结合模式用来调节手性拆分效果。外消旋氧氟沙星溶液经DNA-Cu(II) 复合物([Cu2+]/[base]=0.1)的吸附后，渗透液中R-对映体的最高对映体过量值可达59%，而经DNA-Ni(II) 复合物 ([Ni2+]/[base]=0.2) 的吸附后，渗透液中的最高对映体过量值为28% (R)。其他金属离子Mg2+, Ag+，Pt2+不能增强DNA的手性识别能力。由于Cu(II)配位的DNA对氧氟沙星对映体具有可逆响应识别，可设计一种程序化的吸附-脱附过程，分别对R-和S-对映体进行高效富集，经过三级操作，对映体过量值分别达到85% (R)和78%(S)。S-氧氟沙星更易于诱导多聚核酸结构的局部扭曲，此时S-氧氟沙星与DNA-Cu(II)的结合常数比R-型高 3倍。当Cu2+/碱基摩尔比为0.1时，藤黄微球菌DNA-Cu(II)复合物对左旋和右旋氧氟沙星具有最大的饱和吸附容量，分别为0.34 μmol/mg和0.28 μmol/mg。.另一方面，利用DNA与Cu2+的配位模式合成了具有过氧化物酶活性的DNA-Cu(II)复合物。利用GpG-DNA-Cu(II)复合物的过氧化物酶活性可定量检测水溶液中的Cu2+，线性范围为1.2~100 nM，下限为1.2 nM。同时，利用G20-Cu(II)研发了碱性磷酸酶的比色检测法，线性范围为20 ~ 200 U/L，检测限为0.84 U/L。其次，利用富G/C的寡核苷酸序列作为成核模板调控合成了粒径分布在1.7~2.9 nm的Pt纳米团簇，纳米Pt的表面电子结构、粒径大小与DNA模板的序列组成、Pt前驱体种类以及[前驱体]/[DNA]摩尔比密切相关。进而，实验采用富胞嘧啶寡核苷酸为模板，合成了双金属AuxPty纳米酶。Au2Pt1对半胱氨酸、高半胱氨酸的检测限分别为3.5 nM、1.6 nM。最后，实验合成了具有过氧化酶活性、粒径1.4~3.5nm的谷胱甘肽包覆的钯纳米颗粒。以钯纳米酶用来比色检测Ag+，其检测下限为1.2 nM。