DNA:结构、链替换反应和反应网络肖石燕*†,李成勖†,梁好均*中国科学技术大学化学与材料科学学院,精准智能化学重点实验室,合肥230026†同等贡献*通讯作者,E-mail:xiaosy@ustc.edu.cn;hjliang@ustc.edu.cn收稿日期:2023-01-07;接受日期:2023-02-20;网络版发表日期:2023-03-31国家重点研发计划(编号:2020YFA0710703)、国家自然科学基金(编号:22073090,21991132,52021002)、中国科学院青年创新促进会(编号:2022464)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目摘要DNA不仅是生物遗传信息的载体,更是一种可精确操控和设计、高度生物相容的高分子材料.由于DNA的特异性碱基互补配对和碱基序列的可编程性,人们设计了DNA链替换反应.基于链替换反应,可以构建链替换反应网络,实现特定的功能.本文综述了近年来在DNA结构和力学性质、链替换反应的微观机制和速率调控机制、反应网络构建和调控,及其在球形核酸自组装和细胞组装等方面的研究进展.最后,我们展望了DNA链替换反应网络未来研究和发展方向.关键词DNA,DNA力学性质,链替换反应,反应网络,自组装,细胞组装1引言脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)是生命体最重要的分子之一,作为遗传信息的重要载体,其存储着生命体的遗传密码[1],并按照中心法则[2],调控生物的生命活动.DNA是由腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)四种脱氧核糖核苷酸,通过氢键互补配对,以脱氧核糖(五碳糖)为骨架形成的双螺旋大分子.具有疏水性的碱基对,通过π-π作用彼此堆叠,置于分子的内侧;脱氧核糖和磷酸基团通过磷酸二酯键相连构成并排列在外侧.DNA有多种结构形态,比如A、B、Z等构型.其中,B-DNA双螺旋结构是最常见,也是生理环境中最普遍的构型.从高分子物理的角度上看,DNA是一种经典的模型高分子.DNA带有强负电,是一种典型的聚电解质大分子.DNA分子结构精细,其合成、修饰都比较简单,链长和序列可以精准设计和控制.对DNA,当其链长超过1000个碱基对(bp)时,人们可以采用蠕虫链(worm-likechain,WLC)来描述.在生理条件下,DNA的持续长度(persistencelength)约为50nm,即150bp的长度.在不同的离子环境和离子强度下,DNA的持续长度会表现出显著的差异,范围在40~80nm[3,4].当DNA链长足够长时,我们可以将其视为结构均一的高分子;而当链长较短时,其力学和构象性质的序列相关性将会被凸显出来.DNA的碱基互补配对特性和序列可编程性,使DNA的功能不再局限于作为遗传物质,同时也是一种理想的、可精准设计和控制的生物相容材料.See-引用格式:Xi...
