核磁共振光谱揭示银离子(Ag+)在B型DNA中的初始结合位点及其结构重塑机制

本研究通过核磁共振(NMR)和圆二色谱(CD)技术，首次系统解析了银离子(Ag+)与经典B型DNA（以Dickerson-Drew十二聚体DD12为模型）的相互作用机制。研究发现低浓度Ag+优先在双螺旋内部形成G-Ag+-C金属修饰碱基对，而非传统认为的嘌呤N7位点或磷酸骨架结合，揭示了Ag+从DNA末端侵入并引发结构重排的动态过程。该成果为设计金属核酸材料及理解生物体系中金属-核酸互作提供了分子基础。

　　

金属离子与核酸的相互作用是生物无机化学领域的核心课题。银离子(Ag⁺)因其独特的配位特性，能在DNA中形成特殊的金属介导碱基对，但长期以来，Ag⁺与天然B型DNA的初始结合位点及结构影响机制仍不明确。早期研究多基于聚合DNA的光谱数据，难以解析位点特异性；而现代人工碱基设计又常面临Ag⁺过载导致非特异性重排的挑战。这一认知缺口严重制约了金属核酸材料的精准设计。

为解决这一难题，德国明斯特大学Jens Müller团队联合斯洛文尼亚国家化学研究所团队，采用核磁共振光谱(NMR)和圆二色谱(CD)技术，以经典的Dickerson-Drew十二聚体d(CGCGAATTCGCG)₂（DD12）为模型，系统研究了Ag⁺与B型DNA的相互作用动态。研究发现发表于《JBIC Journal of Biological Inorganic Chemistry》，首次在原子尺度揭示了Ag⁺诱导的DNA结构重塑机制。

研究主要采用三种关键技术：1）变温圆二色谱(CD)监测不同Ag⁺/DNA比例下的构象变化；2）600 MHz核磁共振仪进行¹H、³¹P NMR及二维NOESY/TOCSY实验解析结合位点；3）氯化物滴定验证Ag⁺结合可逆性。所有实验在MOPS缓冲体系(pH 6.8)中进行，DNA浓度0.5-2 mM。

结果与讨论
CD光谱揭示结构转变阈值
当Ag⁺/DNA比例≤3时，CD谱仅轻微变化，表明B型结构仍占主导；而比例≥4时出现显著转变：245 nm处谷值反转为峰值，270/285 nm特征峰红移且强度降低。这种非线性响应提示Ag⁺结合存在临界阈值，超过12个Ag⁺/双链时形成具有连续金属碱基对的纳米棒结构。

NMR定位初始结合位点
³¹P NMR显示磷酸骨架几乎不受影响，而¹H NMR中鸟嘌呤(G)的亚氨基质子(H1)信号变化最显著：末端G2-H1在3 Ag⁺/双链时完全消失，提示其被Ag⁺取代形成G-Ag⁺-C对。互补胞嘧啶(C11)的氨基质子交叉峰消失进一步证实氢键断裂。值得注意的是，内部碱基对(C3:G10和G4:C9)信号变化程度依次减弱，表明Ag⁺优先从末端侵入双链。

结合动态与可逆性
氯化物滴定可完全逆转Ag⁺结合效应，证实其配位较松散（K_sp(AgCl)=1.8×10^-10 mol²/L²）。这与某些人工碱基(如8-氮杂-7-脱氮腺苷)的强结合形成对比，凸显天然碱基配位的动态特性。

排除其他结合模式
1）静电结合假说被否定：磷酸骨架³¹P信号无位移；2）嘌呤N7配位可能性低：未观测到H8质子系统性位移，且线性配位几何与B型DNA大沟空间冲突；3）Hoogsteen边配对仅在过量Ag⁺时发生，需糖苷键旋转引发显著构象变化。

结论与意义
该研究确立了Ag⁺与天然B型DNA作用的分子机制：1）初始阶段(≤3 Ag⁺/双链)优先在末端形成G-Ag⁺-C Watson-Crick型金属修饰碱基对；2）结合过程具有方向性，从末端向内部渐进；3）过量Ag⁺引发全局重排为连续金属碱基对结构。这一发现不仅修正了1960年代基于聚合DNA提出的结合模型，更为设计功能化金属核酸材料提供了关键指导——通过控制Ag⁺计量比可精确调控DNA构象转变，在纳米器件构建和抗癌药物开发中具有潜在应用价值。未来研究可拓展至其他软金属离子(如Cu⁺、Hg²⁺)及同位素标记技术，以进一步解析配位动力学细节。