多肽熒光化學(xué)傳感器的合成及生物應(yīng)用研究.pdf

1、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(xué)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(xué)過程；金屬蛋白酶(Meta

2、lloproteins)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)傳感器。

3、相比于其他熒光傳感器，多肽熒光化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)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。基于這些優(yōu)勢，我們設(shè)計合成

4、了一系列新穎的多肽熒光化學(xué)傳感器，并研究了其對生物小分子(Zn2+、Cd2+、Cu2+、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(xué)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(xué)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(xué)傳感器L1，實現(xiàn)了純水體系中Zn2+、Cu2+

5、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(dǎo)電子轉(zhuǎn)移機理，我們合成了在純水體系中識別Cd2+的多肽熒光化學(xué)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Cd2+的檢測。
　　第四章：基于光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移機理，我們報道了一個四肽熒光化學(xué)傳感器L3，該傳感器在純水體系中實現(xiàn)了“Turn-On”型Zn2+檢測，進一步，我們利用螯合劑EDTA置換出了L3-Zn

6、配合物體系中的Zn2+，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Zn2+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(xué)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)Zn2+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。
　　

7、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Cu2+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(xué)傳感器L6，基于Cu2+的淬滅傳感機制，L6提供和Cu2+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