農藥分子與DNA相互作用機制研究.pdf

1、近年來,農藥在農業(yè)生產中的應用日益廣泛,隨之引發(fā)的農藥殘留問題也日趨嚴重。農藥殘留不僅直接影響著農產品的品質安全,也可以通過環(huán)境因素進入生物體并產生毒性作用。DNA作為承載生物體遺傳信息的物質基礎,是多種農藥小分子造成基因損傷的作用標靶。因此,研究農藥分子與DNA的作用機制具有十分重要的意義。
　　本論文采用紫外–可見吸收光譜,熒光光譜,圓二色譜以及紅外光譜等多種光譜學技術并結合化學計量學和分子模擬技術,在人體生理酸度條件下(pH

2、7.4),研究了4種在農業(yè)生產中廣泛使用的農藥與小牛胸腺DNA的相互作用機制,為農藥的潛在致癌致畸性評估提供了重要依據(jù),對于高效低毒新型農藥的設計與開發(fā)有重要指導意義。
　　本人的主要研究內容及結果如下:
　　1.簡述DNA的結構及生理特性,介紹農藥與DNA相互作用研究的手段,方法及發(fā)展現(xiàn)狀。
　　2.在生理酸度條件下(pH7.4),采用紫外–可見吸收光譜法、熒光光譜法、圓二色譜法(CD)及傅里葉紅外光譜法(FT–IR

3、),并結合粘度實驗和熔點測量技術,研究了除草劑利谷隆與小牛胸腺DNA(ctDNA)的相互作用。發(fā)現(xiàn)利谷隆可以置換出嵌入ctDNA中的亞甲基藍,增大ctDNA的熔點和粘度,表明二者發(fā)生了嵌插作用。利谷隆引起ctDNA的CD光譜收縮,表明ctDNA發(fā)生了B構象向C構象的轉變;紅外光譜分析結果表明,嵌入ctDNA雙鏈的利谷隆芳環(huán)主要作用于鳥嘌呤(G)、腺嘌呤(A)兩堿基。
　　3.構建多種光譜學技術并結合化學計量學多元曲線分辨–交替最小

4、二乘法(MCR–ALS)、分子模擬以及DNA熔點和粘度測量的方法體系,深入探測了殺蟲劑氯菊酯(PE)與ctDNA的相互作用機理。利用MCR–ALS解析PE與ctDNA相互作用的擴展熒光和紫外光譜矩陣,獲得了PE,ctDNA以及ctDNA–PE3種組分的純光譜信號和反應過程中3種組分的濃度變化,從而可實現(xiàn)對PE與ctDNA作用進程的定量監(jiān)測。ctDNA能夠降低PE的共振散射信號,抑制KI對PE的熒光猝滅作用,同時PE能夠顯著增加ctDNA

5、的粘度,以上結果表明,PE分子能夠嵌入到ctDNA的堿基對中。FT–IR光譜分析結果顯示,PE能夠優(yōu)先結合于ctDNA的G–C堿基對之間,且該實驗結果得到了分子模擬結果的證實。獲得的熱力學參數(shù)表明,氫鍵與范德華力是PE與ctDNA結合反應的主要驅動力。
　　4.在pH7.4緩沖溶液中,利用光譜學、化學計量學以及分子模擬技術,研究了殺蟲劑啶蟲脒(ACT)與ctDNA的結合性質和結合模式。ctDNA能夠以靜態(tài)方式猝滅ACT的熒光,且疏

6、水作用在該結合過程中起到主要驅動作用。利用MCR–ALS分析擴展的紫外–可見吸收光譜,得到ACT與ctDNA反應過程中3種主要組分(ACT,ctDNA,ctDNA–ACT復合物)的純光譜圖以及濃度變化趨勢圖以實現(xiàn)ctDNA–ACT相互作用的定量檢測ACT能夠增加ctDNA的熔點,降低ctDNA粘度,表明ACT以部分嵌插方式與ctDNA發(fā)生結合作用。根據(jù)圓二及紅外光譜分析結果,ACT更傾向于與ctDNA的G–C堿基對結合并誘導ctDNA由

7、B構象向A構象轉變。
　　5.采用多種光譜學技術并結合平行因子分析(PARAFAC)以及分子模擬技術,在生理酸度條件下(pH7.4)研究了ctDNA與除草劑戊炔草胺(PRO)的作用機制。ctDNA能夠猝滅PRO的內源熒光,且疏水作用力為主要反應驅動力。PRO能夠增加ctDNA的熔點及粘度,PARAFAC分解PRO與嵌插劑吖啶橙(AO)競爭結合ctDNA反應的三維熒光光譜,得到了體系中主要反應組分PRO,ctDNA及ctDNA–PR