發(fā)布時間：2018-04-16 04:19

  本文選題：多肽 + 熒光化學傳感器��； 參考：《蘭州大學》2017年博士論文

【摘要】：在細胞中,蛋白質(zhì)通過氨基酸側(cè)鏈與特定的金屬離子結(jié)合形成特有的結(jié)構(gòu)域(Motif),這種結(jié)構(gòu)域在維持細胞正常的生物學功能中起著至關(guān)重要的作用。比如鋅指蛋白(Zinc finger)是蛋白中的組氨酸和半胱氨酸結(jié)合鋅離子形成的一個手指形折疊蛋白質(zhì),它與基因的轉(zhuǎn)錄和調(diào)控密切相關(guān);EF手形(EF-hand),一個螺旋-環(huán)-螺旋的結(jié)構(gòu)基序,由天冬氨酸和谷氨酸提供和鈣配位的螯合位點,它參與了細胞增殖、分化、凋亡等重要的生物學過程;金屬蛋白酶(Metalloproteins)的活性中心含有金屬離子,失去這些金屬離子的酶將失去催化活性;鐵離子和銅離子是光合作用和氧化磷酸化電子傳遞鏈的重要組成部分。這些重要的生物大分子結(jié)構(gòu)特征給我們提供了大量的化學信息,通過模仿天然蛋白與金屬離子結(jié)合位點進行多肽熒光化學傳感器的設(shè)計,是研究細胞中金屬離子重要作用的有效手段之一。近幾年,多肽熒光化學傳感器的設(shè)計與應(yīng)用得到了研究者的廣泛關(guān)注,國內(nèi)外多個課題組相繼報道了多種類型的多肽熒光化學傳感器。相比于其他熒光傳感器,多肽熒光化學傳感器具有自身的優(yōu)勢:(1)固相多肽合成與側(cè)鏈修飾技術(shù)比較成熟,多肽熒光化學傳感器的靈敏度和選擇性可以通過改變肽骨架來優(yōu)化;(2)多肽熒光化學傳感器的水溶性、生物相容性和低毒性都優(yōu)于有機小分子傳感器,可以實現(xiàn)純水檢測和生物應(yīng)用;(3)多肽熒光化學傳感器的識別模式很容易通過不同的識別機理來實現(xiàn),如光誘導電子轉(zhuǎn)移(PET)、熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)和螯合增強熒光(CHEF)等�；�于這些優(yōu)勢,我們設(shè)計合成了一系列新穎的多肽熒光化學傳感器,并研究了其對生物小分子(Zn~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、S2-、H2S)的識別選擇性及其在細胞成像和斑馬魚成像中的應(yīng)用。本文共分為七個部分。第一章:簡述了熒光化學傳感器的設(shè)計原理和研究背景,并著重總結(jié)了多肽熒光化學傳感器的研究進展。第二章:基于Fmoc-Lys(Fmoc)-OH的骨架機構(gòu),我們設(shè)計合成出一個新穎的多肽熒光化學傳感器L1,實現(xiàn)了純水體系中Zn~(2+)、Cu~(2+)和S2-的熒光響應(yīng),并成功在細胞內(nèi)實現(xiàn)應(yīng)用。第三章:在L1的基礎(chǔ)上,通過改變氨基酸,基于光誘導電子轉(zhuǎn)移機理,我們合成了在純水體系中識別Cd~(2+)的多肽熒光化學傳感器L2,L2具有良好的細胞滲透性和低毒性,實現(xiàn)了HeLa細胞中Cd~(2+)的檢測。第四章:基于光誘導電子轉(zhuǎn)移機理,我們報道了一個四肽熒光化學傳感器L3,該傳感器在純水體系中實現(xiàn)了“Turn-On”型Zn~(2+)檢測,進一步,我們利用螯合劑EDTA置換出了L3-Zn配合物體系中的Zn~(2+),實現(xiàn)了EDTA的檢測。L3能夠穿透HeLa細胞,從而實現(xiàn)了HeLa活細胞內(nèi)的Zn~(2+)和EDTA的成像檢測。第五章:我們設(shè)計并合成了一個多肽熒光化學傳感器L4,L4在純水體系和活細胞中可以利用不同激發(fā)實現(xiàn)Zn~(2+)的檢測。在290 nm激發(fā)下,基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)(FRET),熒光呈比率型增強模式;在330 nm激發(fā)下,基于熒光螯合增強效應(yīng)(CHEF),熒光呈“Turn-On”型增強模式。第六章:我們成功地開發(fā)出一種新穎的多功能四肽熒光傳感器L5,在純水體系中,隨著Cu~(2+)和S2-的添加,L5呈現(xiàn)出“On-Off-On”型響應(yīng)模式。L5具有良好的細胞滲透性和低毒性,可在HeLa活細胞內(nèi)實現(xiàn)“On-Off-On”型連續(xù)性檢測。第七章:在L5的基礎(chǔ)上,通過熒光團的改變,我們報道了一個新穎的多肽熒光化學傳感器L6,基于Cu~(2+)的淬滅傳感機制,L6提供和Cu~(2+)配位的螯合位點而形成L6-Cu體系,從而實現(xiàn)熒光快速淬滅;當向L6-Cu體系加入H2S形成CuS沉淀之后,L6的熒光實現(xiàn)恢復。因此,L6-Cu體系既可以在純水溶液中檢測H2S,也能在活細胞和斑馬魚幼崽模型中實現(xiàn)生物成像。
[Abstract]:In the cell, protein domain specific amino acid side chain through binding with specific metal ion (Motif), plays a vital role in maintaining the biological function of this domain in normal cells. Such as zinc finger protein (Zinc finger) is a group of cysteine finger ammonia and acid protein in combination with zinc ion the formation of the folded protein, gene transcription and regulation and it is closely related to the hand shape; EF (EF-hand), a helix loop - helix structure based sequence, composed of aspartic acid and glutamic acid and calcium ligand chelating sites, it is involved in cell proliferation, differentiation, apoptosis and other important biological processes; metalloproteinase (Metalloproteins) activity center containing metal ions, the loss of these metal ions will lose enzyme catalytic activity; iron ion and copper ion is an important part of photosynthesis and oxidative phosphorylation electron transfer chain These important points. The biological characteristics of molecular structure provides a large amount of chemical information to us, through the design of imitation natural protein and metal ion binding sites of polypeptide fluorescent chemical sensor, is one of the effective means of the important role of metal ions in the cell. In recent years, the design and application of polypeptide fluorescent chemical sensor has been widely the attention of researchers, a number of domestic and foreign research group reported a polypeptide fluorescent chemical sensor types. Compared with other fluorescent sensors, polypeptide fluorescent chemical sensor has its own advantages: (1) synthesis and solid phase peptide side chain modification technology is relatively mature, the polypeptide fluorescent chemical sensor sensitivity and selectivity can be optimized by changing the the peptide backbone; (2) peptide fluorescence chemical sensor water solubility, biocompatibility and low toxicity are better than organic small molecular sensor, can The water detection and biological applications; (3) peptide fluorescence chemical sensor identification model is easier to achieve recognition through different mechanisms, such as photoinduced electron transfer (PET), fluorescence resonance energy transfer (FRET) and chelation enhanced fluorescence (CHEF). Based on these advantages, we designed and synthesized a series of novel the polypeptide fluorescent chemical sensor, and Study on its biological small molecules (Zn~ (2+), Cd~ (2+), Cu~ (2+), S2-, H2S) selective recognition and its application in cell imaging and imaging in zebrafish. This paper is divided into seven parts. The first chapter summarizes the design principle and the research background of fluorescence chemical sensor, and emphatically summarized the research progress of peptide fluorescence chemical sensor. The second chapter: Based on the Fmoc-Lys (Fmoc) framework of -OH, we designed and synthesized a novel polypeptide fluorescent chemical sensor L1, has realized the water system in Zn~ (2+), Cu~ ( 2+) fluorescence response and S2-, and successfully applied in the cells. The third chapter: on the basis of L1, by changing the amino acid, the photoinduced electron transfer mechanism based on Cd~, we synthesized recognition in pure water system (2+) of the peptide fluorescence chemical sensor L2, L2 has low toxicity and good cell the HeLa cell infiltration, Cd~ (2+) detection. The fourth chapter: Based on the mechanism of photoinduced electron transfer, we reported a four peptide fluorescence chemical sensor L3, the sensor to achieve the "Turn-On" type Zn~ in pure water system (2+) detection, further, we use EDTA replacement chelating agent the L3-Zn complexes in Zn~ (2+), the detection of.L3 EDTA can penetrate HeLa cells, so as to realize the HeLa in the living cell Zn~ (2+) imaging and EDTA. The fifth chapter: we design a fluorescent chemical sensor and polypeptide synthesis of L4, L4 in pure water Department of living cells and can be used in different excitation Zn~ (2+) detection. Under 290 nm excitation, fluorescence resonance energy transfer effect based on (FRET), ratio of fluorescence was enhanced; under 330 nm excitation, the fluorescence enhancement effect of chelate (CHEF), based on the fluorescence enhancement mode is "Turn-On". The sixth chapter: we successfully developed a multifunctional peptide fluorescence sensor L5 four novel, in the pure water system, with Cu~ (2+) and the addition of S2-, L5 showed "On-Off-On" type response mode.L5 has low toxicity and good cell infiltration, continuous detection of HeLa in living cells the realization of "On-Off-On". The seventh chapter: on the basis of L5, the fluorescence change, we report a novel polypeptide fluorescent chemical sensor L6, based on Cu~ (2+) quenching sensing mechanism, L6 and Cu~ (2+) ligand chelate sites and the formation of L6-Cu system, and real Fluorescence is rapidly quenched. When L6-Cu is added to H2S to form CuS precipitates, the fluorescence of L6 is restored. Therefore, L6-Cu system can detect H2S in pure aqueous solution, and can also achieve biological imaging in living cells and zebrafish pups.

【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O657.3

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本文編號：1757272