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化学物质对DNA复制过程的抑制作用

摘要：DNA是生物的遗传信息载体，随着细胞的复制繁殖而复制并控制蛋白质酶等的合成，从而控制微生物的活动。自从1981年研究人员发现一类酶系统中启动细菌染色体的DNA复制的成分开始，人们对DNA复制过程的研究就越发深入。继发现蛋白质dna-A后研究又发现了能抑制DNA复制过程的另一种蛋白质，即33-kDA。然而研究的深入也发现了苯噻草胺，对DNA的复制过程也有一定影响，并在实际生活中广泛应用。发现苯噻草胺与旱地植物 DNA的结合可能是BTMP A嵌入 DNA双螺旋沟槽而结合的，从而抑制DNA的复制。

关键词：化学物质；DNA复制；抑制作用；苯噻草胺

DNA是一种长链聚合物，组成单位称为脱氧核苷酸（即 A-腺嘌呤 G-鸟嘌呤 C-胞嘧啶 T-胸腺嘧啶），而糖类与磷酸分子借由酯键相连，组成其长链骨架。每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相接，这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列，可组成遗传密码，是蛋白质氨基酸序列合成的依据。读取密码的过程称为转录，是以DNA双链中的一条为模板复制出一段称为RNA的核酸分子。多数RNA带有合成蛋白质的讯息，另有一些本身就拥有特殊功能，例如rRNA、snRNA与siRNA。在细胞内，DNA能组织成染色体结构，整组染色体则统称为基因组。染色体在细胞分裂之前会先行复制，此过程称为DNA复制。对真核生物，如动物、植物及真菌而言，染色体是存放于细胞核内；对于原核生物而言，如细菌，则是存放在细胞质中的类核里。染色体上的染色质蛋白，如组织蛋白，能够将DNA组织并压缩，以帮助DNA与其他蛋白质进行交互作用，进而调节基因的转录。

斯坦福大学医学院的研究人员发现了一种抑制大肠杆菌中DNA复制的蛋白质。从而使人们对基因复制过程 的认识前进了一大步。据这些研究人员说此发现有助于我们了解与胚胎发育、突变及疾病机理有关的若干 问题,对未来的遗传工程研究可能也有很大价值。据 《研究与开发杂志》报导,研究人员早在1981年就确定了一类酶系统中启动细菌染色体的DNA复制的成分,并称此成分为dna-A。之后他们就开始着手搜寻能抑制DNA复制过程的另一种蛋白质。现在他们终于找到了这种蛋白质,并命名为33-kDA。

染色体由DNA分子构成,而DNA又由两股互栩缠绕的化学亚单位构成。大 肠 杆 菌 的DNA分子含有约4百万个化学亚单位,但是只有, 245个亚单位构成复制开关。研究人员运 用基因拼接技术,花了9年的时间仔细研究这些基因开关 的组成部分。在获得了大多数起复制开关作用的分子之 后,研究人员开始搜寻细菌细胞中能够防止DNA复制的蛋白质。经过长 期的研究,他们终于分离 出了33-kDA。

研究人员发现,当起始区域中的DNA打开并形成一个 “泡”时，DNA链的复制过 程 就就开始了。蛋白质33-kDA 的作用并不是使泡又重新关上。33-kDA是一种抑制蛋白质,它能防止泡打开.只要这种蛋白存在,它就能阻止dna-A 发生作用。如果这种蛋白质不 存在 ,则泡就将长大,而两股DNA链将 起复制模板的作用。

在谈到这项发现的意义时,研究人员指出,早期的实验已表明,细菌、植物、动物和人的DNA 分子所执行的许多基本功能具有大体相同的生物化学特性。DNA的复制过程 以及染色体的组织方式 的基本原则对于所有生物是一致的。因此,上述新发现虽然是对细菌的DNA作出的,但是除了一些具体的细节之外,此发现 同样适用于植 物和动物。研究人员之所 以把往意力集 中在细菌和病毒这样一些较简单的有机物上,是因为比较容易从简单有机物中分离出所要寻找的蛋白质。

长期以来,农田杂草是困扰农民, 影响农业生产的重要因素之一,因而, 除草剂的研制与开发对我国经济发展有着重大意义。在农药新品种创研过程中,先导化合物的发现和优化是创制农药新品种的关键,获取先导化合物的途径很多, 其中, 生物合理设计是当代农药创新研究的前沿。

苯噻草胺[ 2-(2-benzo thiazo lyloxy)methyl-N-phenyl-acetam i de , I , 缩写为 BTMPA[1]是由德国拜耳公司于20世纪70年代末研制成功的酰胺类选择性内吸传导型除草剂。目前该药在日本、韩国广泛用作水田除草剂。1996年丹东农药总厂与湖南化工研究院联合开发, 合成了苯噻草胺。它主要用于防除移栽水稻田以稗草为主的禾本科杂草, 对稗草株防效达96%以上,鲜重防效达 99 %以上。此药主要通过芽鞘和根吸收,经木质部和韧皮部传导至杂草的幼芽和嫩叶,阻止杂草生长点细胞分裂伸长, 最终造成植株死亡[2]。实验室研究了苯噻草胺与稗草DNA和水稻DNA的相互作用,用紫外光谱法[3]伏安法[4-5]证实,苯噻草胺可在水田植物DNA分子表面和RNA链表面堆积,抑制DNA的复制, 阻止mRNA参与蛋白质合成,从而除草;同时还发现水稻 DNA具有解毒作用, 因而使得苯噻草胺可用于水田选择性除草[6]。苯噻草胺也可用于旱地除草。用紫外光谱法研究了BTMPA与旱地单子叶植物狗尾草DNA和玉米DNA的相互作用,发现BTMPA可嵌入旱地植物DNA双螺旋中, 使DNA解链变性而抑制DNA复制, 从而杀除旱地杂草[7]。本文研究了BTMP A与旱地杂草早熟禾DNA和旱地双子叶作物黄豆 DNA的相互作用,发现苯噻草胺能嵌入杂草DNA双链中,破坏DNA分子中碱基配对,使DNA双链解开, 抑制DNA的复制, 从而导至杂草死亡。并发现用 BTMP A 除草时, 不同杂草所需 BTMPA浓度差别显著,旱地双子叶作物黄豆 DNA有解毒作用。

研究最终发现苯噻草胺与旱地植物 DNA的结合可能是BTMP A嵌入 DNA双螺旋沟槽而结合的，从而能够达到抑制DNA复制的作用。

参考文献：

[1] 张正奇, 张洪, 钟俊松.苯噻草胺的极谱特性研究 [ J].分析科学学报, 2000 , 16(5): 397~ 399.[2] 耿贺利,张宗俭, 崔季方, 等.苯噻草胺的生物活性与应用技术研究 [ J].农药, 1999 , 38(1): 15~ 18.[3] 张正奇,向育君, 熊劲芳.苯噻草胺与水稻 DNA 和稗草 DNA作用的谱学研究 [ J].生物技术, 2004 , 14(4): 20~ 22.[4] 张正奇, 梁 辉, 向育君, 等.伏安法研究 BTMPA 对稗草DNA 复制的抑制作用 [ J].农药, 2005 , 44(4): 159~ 162.[5] 张正奇,张振乾, 曾 伟.用苯噻草胺吸附伏安法测定植物DNA [ J].化学传感器, 2004 , 24(3): 9~ 12.[6] 向育君.苯噻草胺与水稻 DNA 及稗草 DNA 相互作用研究[ D].湖南大学: 湖南大学硕士学位论文, 2003.[7] 张正奇, 王会玉, 胡 华, 等.苯噻草胺与玉米 DNA 和狗尾草 DNA作用的研究 [ J].生物技术, 2005 , 15(5): 8~ 11.