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肽核酸

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肽核酸（PNA）是一种人工合成的聚合物，类似于脱氧核糖核酸或核糖核酸。[1] 它是由彼得·尼尔森Peter E. Nielsen(哥本哈根大学)、迈克尔·埃霍姆Michael Egholm(哥本哈根大学)、罗尔夫·伯格Rolf H. Berg(里瑟国家实验室)和奥莱·布加勒斯特Ole Buchardt(哥本哈根大学)在1991年发明的。

近年来，合成肽核酸寡聚体已用于分子生物学流程、诊断分析和反义疗法。[2] 由于其较高的结合强度，没有必要设计用于这些应用的长肽核酸寡聚物，这些应用通常需要20-25个碱基的寡核苷酸探针。肽核酸寡聚物长度的主要考虑是保证特异性。肽核酸寡聚物在与互补脱氧核糖核酸结合时也表现出更强的特异性，肽核酸/脱氧核糖核酸（PNA/DNA)碱基错配比脱氧核糖核酸/脱氧核糖核酸双链体中类似的错配更不稳定。这种结合强度和特异性也适用于肽核酸/核糖核酸双链体。肽核酸不容易被核酸酶或蛋白酶识别，因此它们能抵抗酶的降解。肽核酸在很宽的酸碱度范围内也是稳定的。尽管未修饰的肽核酸不能稳定地穿过细胞膜进入胞质溶胶，但是细胞穿透肽与肽核酸的共价偶联可以提高胞质溶胶的递送效率。[3]

目前还不知道肽核酸是否天然存在，但是肽核酸的骨架——N-(2-氨基乙基)-甘氨酸(AEG)被认为是地球上生命遗传分子的早期形式，由蓝细菌产生。[4]

1 结构编辑

脱氧核糖和核糖核酸分别有脱氧核糖和核糖骨架，而肽核酸的骨架由肽键连接的重复的氮-(2-氨基乙基)-甘氨酸单元组成。各种嘌呤和嘧啶碱基通过亚甲基桥(-CH2-)和羰基(-(碳=氧)-)连接到骨架上。肽核酸被描绘成类肽，其氮末端在第一(左)位置，碳末端在最后(右)位置。[5]

2 综合能力编辑

由于肽核酸的骨架不含带电荷的磷酸基团，由于缺乏静电排斥，肽核酸/脱氧核糖核酸链之间的结合比脱氧核糖核酸/脱氧核糖核酸链之间的结合更强。不幸的是，这也导致它相当疏水，这使得它不被冲出体外的话就很难转运到溶液中的体细胞。同嘧啶链(仅由一个重复嘧啶碱基组成的链)的早期实验表明，6-碱基胸腺嘧啶脱氧核糖核酸/腺嘌呤脱氧核糖核酸双螺旋的Tm(“熔化”温度)为31℃，与之相比，6-碱基脱氧核糖核酸/脱氧核糖核酸双螺旋在低于10℃的温度下变性。在碱基对识别方面，混合碱基PNA分子更加类似于DNA分子。肽核酸/肽核酸结合比肽核酸/脱氧核糖核酸结合更强。

3 从其他核酸翻译成肽核酸编辑

几个实验室已经报道了来自脱氧核糖核酸或核糖核酸模板的肽核酸的序列特异性聚合。[6][7][8] Liu和同事使用这些聚合方法来进化功能性肽核酸，使其能够折叠成三维结构，类似于蛋白质、适体和核酶。[6]

4 传递编辑

2015年，Jain等人描述了一种基于反式作用的脱氧核糖核酸的两亲性传递系统，用于方便地传递聚腺苷酸尾不带电荷的核酸，如脱氧核糖核酸和吗啉类，从而可以在体外容易地筛选几种不带电荷的核酸。[9]

5 肽核酸世界假说编辑

据推测，地球上最早的生命可能已经肽核酸用作遗传物质，因为肽核酸具有极强的稳定性，结构简单，在100℃[10] 时可能会发生自发聚合(标准压力下的水在这个温度沸腾，而高压下的水——如深海中的水——在更高的温度沸腾)。如果是这样的话，生命只是在后期才进化成基于脱氧核糖核酸/核糖核酸的系统。[11][12] 然而，肽核酸世界假说没有证据。[13]

6 应用编辑

其应用包括基因表达的改变——在不同情况下作为抑制剂和启动子，抗原和反义治疗剂，抗癌剂，抗病毒剂，抗细菌剂和抗寄生虫剂，生物传感器的分子工具和探针，检测脱氧核糖核酸序列，以及纳米技术。[14][15]

肽核酸可用于通过阻断污染物质体和线粒体序列的扩增来提高植物和土壤样品的高通量16S核糖体核糖核酸基因测序。[16]

参考文献

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    ^Gupta A, Mishra A, Puri N (October 2017). "Peptide nucleic acids: Advanced tools for biomedical applications". Journal of Biotechnology. 259: 148–159. doi:10.1016/j.jbiotec.2017.07.026. PMID 28764969..

  • [3]

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