24K金DNA：可调控电子离域配位链在离散DNA双链体中的整合

这篇开创性研究展示了如何通过硫代鸟苷（6-thioG）选择性替换鸟苷氧基团，将金-硫配位链整合到DNA双链中。该"24K金DNA"系统利用{Au-μS}n链的电子离域特性，实现了光致发光和手性光学性能的可编程调控，为开发新型光电功能材料提供了精准的分子工程平台。

　　

【引言】
金属离子与核酸的相互作用在生物学中至关重要，涉及DNA双链形成、RNA折叠、核酶活性以及铂类抗肿瘤药物作用机制。近年来，核酸作为可调控分子框架被用于构建线性金属阵列和稳定量子限域纳米团簇。金属介导碱基对（MM-bp-DNA）的出现使DNA双链结构中可整合金属离子阵列，如Hg^II和Ag^I等。然而，这类金属链的电子相互作用较弱，限制了光电性能的调控空间。

硫代核苷酸（如6-硫代鸟苷）通过氧-硫替换引入软硫供体基团，特别适合与单价铜族金属（Cu、Ag、Au）形成μ-桥接配位链。{-CM^I-μ-S-}链具有电子离域特性，可产生导电性、荧光和手性光学效应。研究团队提出将此类配位链整合到DNA双链中，通过控制硫代鸟苷序列长度来调控金属链性质。

【结果与讨论】
设计策略采用两端为常规Watson-Crick碱基对的DNA双链，中央区域为交替的硫代鸟苷（S）和脱碱基位点（d）。通过杂交形成16-mer（1）、22-mer（2）和28-mer（3）双链体，分别包含4或10个硫代鸟苷。圆二色光谱（CD）显示这些双链保持B-DNA构象，并在335nm处出现硫代鸟苷特征吸收带。

加入Au(I)离子后，紫外光谱中325nm吸收带红移和展宽，CD谱335nm处信号增强，表明金-硫配位增加了结构刚性。熔解温度（T_m）升高证实金属结合稳定了双链结构。光致发光光谱在500nm处出现宽发射带，对应{Au-μS}_n链特征荧光，滴定终点显示每个双链结合5或11个Au(I)离子。对照实验证实该现象为硫代鸟苷特有。

DFTB优化结构显示，duplex-1/Au₅中Au₅S₄链位于大沟槽，长度约14?，中央三个Au(I)呈线性配位（键角163°–177°）。28-mer双链体（duplex-3/Au₁₁）的发射带红移至570nm，表明更长金属链减小了电子限域效应。CD谱在363nm处出现强正信号，显示DNA螺旋诱导了金属链的手性光学响应。

计算模型揭示duplex-3/Au₁₁中{Au-μS}₁₁链沿螺旋轴延伸约33?，形成半径0.3nm的紧密螺旋，其扭转度（1.4）甚至超过B-DNA（0.41）。TD-DFT计算证实350-400nm区域的正CD信号源于金属链电子态与核碱基π系统的耦合，电子密度分布图直观展示了沿金属链的离域特性。

【方法】
实验采用含硫代鸟苷和脱碱基位点的定制寡核苷酸，通过TCEP还原二硫键后与互补链退火形成双链。Au(I)溶液由HAuCl₄·3H₂O经2,2'-硫代二乙醇还原制备。光谱分析使用NanoDrop紫外分光光度计、Fluoromax荧光光谱仪和Jasco圆二色光谱仪完成。DFTB+软件进行几何优化，TD-DFT计算采用B3LYP/def2-SVP基组。

这项研究首次将电子离域金属链成功整合到DNA双链中，通过精确控制硫代鸟苷序列长度实现了光电性能的梯度调控。这种"24K金DNA"不仅拓展了金属化DNA的应用边界，更为设计智能生物材料提供了新范式。