1、专题专题1：多聚核苷酸的生：多聚核苷酸的生物合成及化学合成物合成及化学合成展鹏山东大学药学院无机化学教研室2011-11-2多聚核苷酸的生物合成多聚核苷酸的生物合成1. DNA的生物合成即DNA 的复制过程。A：双股DNAB: 以DNA 为模板 , 合成新的DNA1958年Komberg.A从大肠杆菌中分离出一种酶，能催化合成DNA DNA聚合酶I（DNA polymerase I)(103aa多肽酶）它能将脱氧核糖核酸逐个连结成DNA 链。大肠杆菌中还发现了另外两种 DNA聚合酶，分别为DNA聚合酶和，功能与相似。单股DNADNA聚合酶 I催化合成DNA 链必须具备下列条件：（ 1） 4种脱
2、氧核糖核酸单元必须是活化形式dATP dGTP dCTP dTTP（ 2）一条 DNA单链作为 DNA合成模板（ DNA Template）（ 3）一个引子 DNA（primer DNA ）(4）需要一定浓度 Mg2+的存在催化的链延长反应DNA聚合酶由模引物链引物链P碱基HHHHOHHH2COOOOOOOOOOP-P OOO-OOH2CHHHOHHH碱基OOH2CHHHHH碱基OH2CHHHOHHH碱基O PO-PPi板链链板模链的增长反应是引物 DNA的 3-OH对脱氧核糖核苷三磷酸的 -磷原子亲核进攻的结果。 DNA链增长的方向是 5 3。2. RNA的生物合成的生物合成RNA的功能是传
3、递和表达DNA 的遗传信息。实际上所有RNA 都是由 DNA链为模板, 在 RNA聚合酶的作用下合成的。这种 RNA 的合成过程叫做 转录transcription。z 从大肠杆菌分离得到了RNA聚合酶 （RNA polymerase）. 可以在一定条件下催化合成RNA 链。z (1) DNA模板 ：双螺旋DNA 或单链 DNA，RNA本身不可以。z (2) 四种活化的核苷酸单体 : ATP、 GTP、CTP、 UTPz (3) 一定浓度Mg2+的存在DNA及及RNA的化学合成的化学合成z 是相当复杂的问题，与合成多肽类似，必须按特定的设计顺序，把核苷酸单体偶联起来。z A. 需要对不参加反应
4、的基团进行保护，防止副反应；z B. 还要将参加反应的基团活化,z C. 最后还要脱保护，z D. 每一步反应要求具有高的产率。1. 保护基保护基：需要保护的基团：z 碱基上游离的NH2z 糖的2-OH ，3-OH ，5-OHz （特别是2 ，3-OH 选择性保护，非常困难）z 磷酰基中的游离羟基（1）碱基中游离）碱基中游离NH2的保护的保护z 腺嘌呤 A、鸟嘌呤 G、胞嘧啶 C含游离环外NH2z 磷酰化时可能生成不需要的磷酰氨基所以事先保护。z 保护基 ： 酰基（ RCO-）;z N,N-二甲氨亚甲基衍生物z (CH3)2NCH(OCH3)2z A酰基 NH2上酰化后，降低了亲核性。z 是保
5、护 NH2的主要方法。z 在这个过程中糖上 OH，也被酰化，所以酰化后要选择性去酰基，即糖上选择性脱酰基。z CH3CO- (Acetyl)，z C6H5CO- (Benzoyl)，(CH3)2CHCO- (isobutyryl)，p-CH3O-PhCO- (anisoyl )如腺嘌呤核苷：如腺嘌呤核苷：鸟嘌呤鸟嘌呤G中氨基保护中氨基保护鸟嘌呤 G中氨基保护与 A相似，只是糖上脱酰基条件略有不同。NaOCH3/Py四苯甲酰- 鸟嘌呤 - N-苯甲酰- 鸟嘌呤HONHNNONH2NOOHOHHHHHONHNNONHNOOOHHHHPh-C-O-C-PhOOCOPhCOPhCOPhPhCOHONH
6、NNONHNOOHOHHHHHCOPh甲醇钠/吡啶胞嘧啶核苷上氨基可用苯甲酸酐直接酰化, 糖上OH不受影响所有酰基保护基通常用氨水或NaOH水解除去。苯甲酰基可用NH2NH2解去除，而在此条件下，核糖上酰基可保留。异丁氧羰基异丁氧羰基(isobutyloxycarbonyl)z 此酰氨键耐肼解，易被浓氨水除去。B. N,N二甲氨亚甲基二甲氨亚甲基z 胞嘧啶核苷与 N,N-二甲基甲酰胺缩醛作用生成 shiffsbase上述反应包括了亲核取代和一个活性中间体转变上述反应包括了亲核取代和一个活性中间体转变过程过程在酸或碱条件下脱去保护基。胸腺嘧啶胸腺嘧啶T、尿嘧啶尿嘧啶U核苷核苷与二甲氨基甲酰胺缩醛
7、反应得到氨基甲基氨基甲基化产物。化产物。(2) 糖糖-OH保护保护脱氧核糖有两个-OH: 3-OH ; 5-OHz 核糖有三个-OH: 2-OH; 3-OH; 5-OHz 在多聚核苷酸合成过程中，必须选择性引进或脱去保护基。z 所以糖羟基保护基选择性就显得非常重要。HOOOHHHHHHOOOHOHHHHHBBA. 甲氧基三苯甲基保护基甲氧基三苯甲基保护基z 单甲氧基三苯甲基 MMTz 双甲氧基三苯甲基 DMTz 三甲氧基三苯甲基 TMTz 特点： 选择性保护第一醇 (伯醇) 羟基 : 5-OHz 在温和条件下只有极小量第二醇羟基或碱基上的氨基与单甲氧三苯甲基氯作用。z 机理：SN1机制进行.z
8、 反应速率: DMT MMT Tritylz 三苯甲基正离子由于空间效应空间效应 ，很难与第二醇反应, 所以具有良好的选择性。z 脱去方法：z 80乙酸z 或Py -乙酸处理，即可除去。B. 酰基：z 酸酐或酰氯在 吡啶存在下，可以使核糖的 第一和第二羟基酰化。碱基上有 氨基也可同时酰化。z 常见酰基：甲酰基、乙酰基、苯甲酰、氯乙酰基z 需要在碱性下均可脱去，选择性较差。z 特殊酰基保护基：选择性保护与脱去z 三氟乙酰基，CF3CO-z 苯氧乙酰基， PhOCH2CO-z 甲氧基乙酰基，CH3OCH2CO-z 酮酰基，R-CO-CH2CH2CO-z 烯酮酰基 R-CH=CH2-CO-z 均比乙
9、酰基更易除去。酮酰基在中性条件下，用酮酰基在中性条件下，用水合肼水合肼可方便除去。可方便除去。丙烯酰基(acrylyl)与酮酰基类似, 用水合肼可方便除去。z 碳酸酯基也可用于核糖- OH保护 .z 如氯甲酸异丁酯 (isbutyl chloroformate)酸性下稳定, 碱性下被除去。也可用于2,3-OH 的保护（ 5-OH已被保护 ）。C. 叔丁基二甲基硅烷基叔丁基二甲基硅烷基z (CH3)3C-Si(CH3)2 z具有选择性保护核糖-OH, 主要在第一醇羟基上保护.z过量硅烷化剂对第二-OH也有作用，z硅烷化试剂对碱基上氨基无明显作用.z硅醚对碱和肼稳定, 对酸比较敏感。不同羟基的硅烷
10、基化产物对酸的敏感程度不同。叔丁基二甲基硅烷基与第一醇羟基形成的硅醚在酸性条件下最容易除去。选择性保护D. 四氢吡喃基四氢吡喃基Tetrahydropyranyl (THP)z四氢呋喃主要与糖2-OH保护，对RNA合成有重要意义。OR-OHOOR+对碱稳定，酸中可除去。2,3-二氢吡喃 四氢吡喃醚THP保护保护2-OH 过程过程OOHHHHHBOHHO(1) RC(OMe)3(2) RCOOCOROOHHHHBORCOOROCH3(1) H+(2) RecrystallizationOOCORHHHHBOHRCOOOOHHHHHBOCORRCOO OOCH31.2.NH3OOHHHHBOHHOOOCH3E. 2-,3-OH同时保护法同时保护法z 2-,3-OH同时处于顺式可用丙酮保护。OOHHHHHBOHHO+CH3 C CH3OOOHHHHBOHOH3CCH3缩醛对酸敏感, 而去除苯甲酮、环己酮、原甲酸酯可代之。
