核酸与蛋白共起源－N-磷酰化氨基酸分子进化系统的研究

在生命起源研究中，核酸与蛋白作为两大重要的功能大分子的起源问题国际上有不同理论，主要分为"核酸学派"和"蛋白学派"，二者把核酸和蛋白的起源独立开来进行研究。我们发现N-磷酰化氨基酸能同时成肽和成核酸，为生命起源中蛋白和核酸的起源提出另一种有特色的研究思路。本课题以N-磷酰化氨基酸作为共起源最小的分子进化模型化合物，将合成三类模型化合物，并对其结构进行表征分析，运用LC-MS/MS,恒温量热滴定等现代分析手段定量分析在核苷(A, G, C, U)存在下模型化合物成肽与成核酸之间的相互关系，主要考查不同的核苷对磷酰化氨基酸成肽量的影响及氨基酸与核苷之间的手性选择，结合试验结果与理论计算来揭示N-磷酰化氨基酸分子进化系统中氨基酸与核苷的相互关系并建立共起源模型。

在生命起源研究中，核酸与蛋白作为两大重要的功能大分子的起源问题国际上有不同理论，主要分为“核酸学派”和“蛋白学派”，二者把核酸和蛋白的起源独立开来进行研究。我们发现N-磷酰化氨基酸能同时成肽和成核酸，为生命起源中蛋白和核酸的起源提出另一种有特色的研究思路。本课题以N-磷酰化氨基酸作为共起源最小的分子进化模型化合物，对三类模型化合物，N-二烷基、N-单烷基及N-磷酰氨基酸的结构及化学活性做了系统研究。.本项目综合运用氘、O-18及N-15标记等质谱技术发现了多种反应机理： .1）N-单烷氧基磷酰化氨基酸[M+H]+离子在气相条件下，氨基酸的羧基亲核进攻磷酰基关环形成五配位磷中间体，随后该中间体沿两条路径反应：羧基氧到磷酰基的迁移反应；四配位磷酸-氨基酸五元环状中间体CAPA。 .2）a-，b-和r-氨基酸生成不同环结构的CAPA的难易顺序为：a- >b- >>r-氨基酸，五元环状结构比六元环和七元环结构更稳定，与CAPA作为活性反应中间体在液相条件下的性质相一致。 .对氨基酸双螺环五配位磷烷（P-AAs），本项目用多种现代波谱技术，研究它们的静态与动态结构，发现了以下结果：.1）运用核磁、高分辨质谱及X-射线衍射，结合量子化学计算对P-AAs进行结构鉴定，最终关联确定出某些P-AAs的绝对构型。.2）采用变温核磁技术研究P-AAs的假旋转互变机理，反应能垒不是很高；其中P-(L)Phe的互变反应速率常数及热力学参数（ΔG‡：24 kcal mol-1，ΔH‡：21 kcal mol-1）。.3）首次采用振动圆二色(VCD)和密度泛函(DFT)理论计算得到P-AAs的非对映异构体的绝对结构信息。每个P-AAs均含有三个手性中心：分子的手性磷中心和来自氨基酸配体的两个手性碳中心。振动吸收（VA）和VCD谱对分子纵对称轴(即，O-P-O或N-P-O排列)的结构变化十分敏感，在1100-1500 cm1区域的VCD特征主要由手性磷中心决定，而在C=O的伸缩振动区的VCD信号则主要取决于氨基酸配体的手性。.本项目的成果为核酸与蛋白共起源－N-磷酰化氨基酸分子进化提供进一步的科学依据。