由光谱学与电化学渠道检测尼古丁对遗传物质DNA的作用InteractionofnicotinewithDNAinvestigatedviaultravioletandelectroanalysismethods化学与分子工程学院99级刘玥摘要尼古丁,即烟碱[3-(1-甲基-2-吡咯烷基)吡啶]在烟草中的重量含量约为1%～2%，被公认为是导致吸烟上瘾的主要因子。研究它对DNA的作用以揭示其基因毒性对于阐释尼古丁的致癌致畸机制具有重要的意义。通过对DNA组分与结构的详细分析可知，对DNA复制起到加密作用的是碱基，而具有光学及电化学活性的也恰是A、T、G、C四种碱基，因此可将其作为光与电探测手段的入口点。研究证明紫外谱学的探测手段相对易行且有效，而电化学方法由于DNA的双螺旋结构将活性中心深藏其中从而对电极的设计提出很高的要求。原拟定用碳纳米管修饰的玻碳电极来采集电信号，但实验证明效果并不理想。现在尝试一种新的但颇具潜力的解决方案。即利用甲基纤维素的负温度敏感性将其制成高分子材料电极，DNA分子直接包覆其中。通过加入具备生物兼容性的电解质同时解决降低凝胶点和导电的问题。AbstractConsumptionoftobaccoisoneofthemostdeadlythreatentohumanhealth.Inthissense,itisurgenttoinvestigatewhetherandhowmuchnicotinecouldimposeannegativeeffectonthestructureofDNA，thereforecausingsufferingsparticularlyfrombreathingsystemdiseases.AdetailedknowledgeofthestructureofDNAsuggeststhatitisbothultravioletandelectricalresponsive.TheultravioletspectrumofthemixtureofDNAandnicotineprovedthepostulationthattheredoexistaninteractionbetweenmoleculesofnicotineandDNA.Acertainadductisprobable.ElectrodesmodifiedwithsinglewallcarbonnanotubesareadoptedforeletroanalysisofDNAinsolution,yetlittleresponseshadbeendetectedduetodoublehelixstructureofDNAwhereactivecentersaredeephidden.Fortunatelymethylcellulose,apolymermaterialwiththermogelationproperties,hadbeenbroughtintoconsiderationfordesigninganewelectrodewhereinwhichmoleculesofDNAthemselvesarebeingtrapped.Itisapromisingnewmethodthoughhighlypostulating,andexperimentsarebeingcarriedouttotestitsfeasibility.一．引言尼古丁,即烟碱[3-(1-甲基-2-吡咯烷基)吡啶]在烟草中的重量含量约为1%～2%。尼古丁不仅能转化为具有强致癌性的亚硝胺化合物,而且被公认为是导致吸烟上瘾的主要因子。核酸是遗传信息的载体，它可以与许多化合物发生相互作用（如金属离子及其络合物、小分子有机化合物及蛋白质等）并进而影响到核酸的复制及断裂；本项研究则是通过测定尼古丁和DNA之间的相互作用以揭示尼古丁的基因毒性。DNA是由许多单体组成的线形大分子，基本结构重复单元是脱氧核苷酸，其组成结构如下图所示：磷酸DNA脱氧核苷酸D-2脱氧核糖脱氧核苷腺嘌呤碱基鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶(一).DNA的紫外吸收由于嘌呤和嘧啶残基中含有共轭双键结构,所以DNA具有强烈的紫外吸收性质,其最大波长在260nm处.正是由于它有这样的光学活性,故而可以采用谱学探测方法.(二).DNA的电化学1.DNA的电化学活性在DNA的组分中,碱基能发生氧化还原反应.鸟嘌呤和腺嘌呤可以在碳电极上氧化,鸟嘌呤,腺嘌呤和胞嘧啶也可以在很负的电位下还原,故只能在贡电极上得到还原峰.基于此特性可将电化学的方法作为又一种探测手段。2.DNA在固体电极上的电化学氧化关于DNA电化学性质的研究大多是在贡电极上进行的，但是考虑到贡对于环境的污染，在本项研究中采用碳电极，主要针对DNA在碳电极上的氧化行为。已有报导观测到变性DNA在电化学预处理过的玻碳电极上有较显著的电化学行为用循环伏安法可以在0.8伏和1.1伏处得到两个不可逆的氧化峰。但是，要研究尼古丁对人体的基因毒性，自然要用天然的而不是已经变性的DNA。DNA的组分中，能发生电化学反应的只是碱基。然而DNA的双螺旋结构又将其隐藏在双螺旋内部。DNA变性处理的实质即为其二级结构的破坏。原本依靠配对碱基之间氢键作用维系的双螺旋被打开形成两条单链。从而将包藏于内部的碱基暴露出来，在电极上产生较强的电信号。3.DNA在修饰电极上电活...
