新加坡國立大學化學家意外發現脫氧核糖核酸(DNA)的新用途。除了作為遺傳信息載體,DNA還能作為高效制備藥物化合物的強大工具。研究團隊發現,DNA的磷酸基團能像微型"小手"般引導化學反應,精準制備所需構型的鏡像分子。
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許多藥物具有"手性"特征 —— 其分子存在兩種互為鏡像的結構,如同左右手相互對稱。這兩種構型在人體內可能產生截然不同的效果:往往僅有一種構型具有療效,另一種可能無效甚至有害。精準合成目標構型一直是藥物化學領域的重大挑戰,而國大團隊開發的DNA技術為此提供了更簡便環保的解決方案。
自然界中,DNA與蛋白質因攜帶相反電荷而相互吸引:DNA磷酸基團帶負電,而多數蛋白質組分離子帶正電。國大化學系助理教授朱瑞宜帶領團隊嘗試利用這種靜電相互作用來引導化學反應,以精準合成目標產物。
定位DNA活性位點
研究人員發現化學反應過程中,DNA特定磷酸基團能吸引并引導帶正電的反應物,如同磁鐵引導金屬珠定向排列。這種"離子配對"效應使反應物保持特定取向與近距離,從而精準制備單一鏡像產物。團隊在多種化學反應中均驗證了這一機制。
為精確解析DNA的作用位點,研究人員開發出"磷酸基團掃描"新技術:系統性地用類似結構取代DNA鏈上的單個磷酸基團,再觀察反應選擇性變化。當某個位點被取代后反應選擇性下降,表明該處原始磷酸基團具有引導反應的關鍵作用。團隊與香港中文大學教授張展龍合作,通過計算機模擬驗證了這些發現。
邁向綠色智能化學制造
這項研究發表于《自然·催化》期刊。朱助理教授表示:"自然界從未將DNA磷酸基團用作催化劑,但我們證明經過精準設計,它們能發揮人工酶的功能。""這不僅是概念突破,更能推動化學制造向可持續發展轉型,尤其對制藥領域復雜高價值分子的合成具有重要意義。"
展望未來,團隊將繼續探索DNA磷酸基團在手性藥物合成中的應用潛力。
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