The photoreaction of 5, 7-dimethoxycoumarin (DMC) with pyrimidine bases has been studied as a model reaction in order to elucidate the molecular basis of skin-photosensitization. 1, 3-Dimethylthymine is the most reactive pyrimidine base with respect to photoaddition with DMC among the pyrimidines tested.
The major photoaddition product was isolated by column chromatography and purified by recrystallization after photolysis of DMC-thymine mixture at 365nm. The best condition for the formation of DMC-thymine photoadduct was found to be irradiation to two reactants in a frozen solution with an excess of pyrimidine. The characterization of isolated photoadduct was carried out to elucidate the chemical mechanism of interactions between DNA and skinsensitizing coumaryl compounds under UV irradiation. The structure of obtained photoadduct was identified as a $C_4$-cycloaddition product of DMC and thymine. The structure of this adduct was confirmed by the characteristics in their UV, IR, NMR, mass spectra and by elemental analysis.
The isolated photoadduct was very easily photodissociated into DMC and thymine when irradiated with 254nm UV light and also photosplit into initial compounds at 300nm UV light in lower efficiency. The triplet sensitizers such as tryptophan and chloranil also photosplit the photoadduct in lower efficiency than direct photosplitting when 300nm UV light was used. It is quite phobable that this sensitized photosplitting of photoadduct involves an electron transfer methanism.
DMC had no self-quenching effect and fluroescence of DMC was not quenched by thymine in contrast ot tetramethlethylene. Similar results were obtained in case of 8-methoxypsoralen.
The photocycloaddition reaction of DMC to thymine occurs probably via single state, since DMC shows very low efficiency in populating triplet state and the photodimerization of DMC proceeds exclusively via singlet state in direct irradiation.
The lethality and mutability of excision deficient $\mbox{\underline{B.}}$ $\mbox{\underline{Subtilis}}$ strain and drastic reduction of synthesis activity of DNA by DMC can be explained by the result of the retention of a significant number of DMC-pyrimidine base $C_4$-cycloadduct in DNA strands. This result suggests that monoadduct also plays an important role in photodynamic effects as does cross-links.
광독성을 분자적 차원에서 규명하기 위해 5,7-디메톡시쿠미린 (5,7- Dimethoxycoumarin ; DMC)과 피리미딘 염기와의 광화학을 모델 반응으로 연구하였다. 여러가지 피라미딘 염기를 시험해본 결과 DMC에 대한 광부가 반응성은 1,3-디메틸티민이 가장 높았다. DMC와 티민의 혼합용액에 365mm의 빛을 쪼인후, 주생성물을 기둥 크로마토그래피로 분리하고 재결정에 의해 정제하였다.
DMC와 티민의 광부가물을 얻는데 가장 좋은 조건은 과량의 티민의 존재하에 얼린 상태에서 반응을 시키는 것이다.
UV를 쪼일때 DNA와 광독성이 있는 쿠마린계 화합물 사이의 화학적 메카니즘을 규명하기 위해 분리한 광부가물의 구조를 결정 하였다. 얻어진 광부가물은 UV, IR, NMR, mass 그리고 원소 분석의 결과에 의해 DMC와 티민의 광고리 생성부가반응(photocy-cloaddition)에 의한 생성물임을 알았다.
분리된 광부가물은 254nm의 빛을 쪼이면 쉽게 원래 물질인 DMC와 티민으로 쪼개지며 300nm의 빛에 의해서도 쪼개지나 효율은 보다 낮다. 300nm의 자외선을 쪼일때 광부가물은 tryptophan과 chloranil같은 삼중상태 증감제에 의해서도 쪼개지나 직접 빛을 쪼였을 경우보다 효율이 낮았다. 이 증감제에 의해 광부가물이 원래의 물질로 쪼개지는 것은 증감제에서 광부가 물질로 전자를 전달하는 메카니즘을 거칠 것으로 생각된다.
DMC는 자기자신이 퀀칭하는 효과를 볼수 없었으며, 테트라 메틸에틸렌과는 달리 티민에 의해서도 퀀칭되지 않는다. 8-메톡시소라렌(8-methoxypsoralen)의 경우에도 이와 비슷한 결과를 얻을 수 있었다.
DMC는 삼중상태의 분자 밀도가 매우 적고 또 직접 빛을 쪼였을때 이 합체화 반응이 주로 단일 상태에서 일어나기 때문에 DMC와 티민의 광고리 생성부가반응은 단일 상태에서 일어날 것으로 추측된다.
삭제(excision) - 회복(repair)할 능력이 없는 B.Subtilis 의 변이의 일종은 DMC에 의해서 돌연변이와 죽음을 초래하고 DNA의 합성하는 능력이 크게 떨어지는데 이것은 DNA가닥에 많은 수의 DMC와 피리미딘 염기사이의 광부가물이 남아있는 결과로 설명할 수 있으며, 이것은 단일 부가물도 이중 부가물과 같이 중요한 생물학적 효과를 나타냄을 의미한다.
