DNA磷硫酰化修饰(PT-DNA)是指磷酸骨架上非桥接氧原子被硫原子替代的修饰。它广泛地分布在多种细菌中,是一种独特的天然DNA修饰,为细菌提供抗氧化保护并通过限制性保护系统防止外源DNA入侵。文献曾报道在PT-DNA蛋白复合物中带有正电荷的赖氨酸残基侧链基团与阴离子硫代磷酸基团形成正负离子对,在分子识别中有熵增效应。体内实验表明在大肠杆菌HST04及大肠杆菌B7A硫修饰基因dnd BCDE缺陷菌株WXY-1中Dnd FGH限制系统在15-37℃范围内出现热调控现象。然而,这种温度依赖性的分子识别机制分析中尚未见热力学参数报道。在本工作中,通过分子光谱实验、数学建模与分子模拟多角度交叉结合的方法确定了PT-DNA与阳离子相互作用中硫修饰导致的微弱差异。首先,利用有机阳离子小分子TMP[5,10,15,20-tetra-(Nmethyl-4-pyridyl)porphyrin]作为光学探针检测硫修饰寡聚十核苷与阳离子的互作光谱。其次,应用多变量分析方法MCR-ALS从互作光谱数据中提取多组分浓度信息,进一步使用Mc Ghee-Von Hippel的多客体互作模型测定四个不同修饰系统的结合常数。从而确定了PT-DNA与阳离子结合过程的焓变与熵变。结果发现,相对于正常DNA,PT-DNA与阳离子互作的熵增约8.6 J/(mol·K),而结合焓则降低了2.6k J/mol,因此硫修饰DNA与阳离子互作的熵焓变化平衡点温度为302K(即29℃),刚好位于微生物体系的环境温度范围4-60℃之中,从而说明了DNA硫修饰可以作为一个温控元件在分子识别中发挥作用,与PT-DNA细菌的热调控现象相吻合。为了进一步分析硫修饰Rp与Sp手性特异性效应对正负离子互作的影响,对分子识别体系开展了分子对接和分子动力学模拟。研究发现由于PT修饰位点的局部微环境去溶剂化效应加强而增加了结合熵。而且,TMP富集在s R链硫修饰DNA双螺旋的小沟区域。非天然的Sp构型修饰也有类似的分子识别效应,而天然Rp构型硫修饰附近TMP构象分布更加丰富,可能是熵增效应的主要产生者。总之,随着对PT-DNA与蛋白质的分子识别研究深入,包括NMR、复合物晶体学数据为了解分子识别的物理化学本质提供了良机,本工作中热力学实验和分子建模的研究结果表明了DNA硫修饰在菌体自我保护功能实现的过程中可以作为一个温度调控元件。天然硫修饰修饰与限制系统共存的R+-M+菌株温度依赖热调控现象的具体微观分子过程还需进一步的研究。