手性修饰的聚酰胺的构建及其对B-DNA碱基T的特异性识别

论文摘要

吡咯-咪唑聚酰胺是一类人工合成的能够在B-DNA小沟特异性识别碱基序列的有机小分子；并且能通过细胞膜进入细胞,调控基因的表达。它主要由五元杂环化合物N-甲基吡咯（Py）、N-甲基咪唑（Im）、N-甲基-3-羟基吡咯（Hp）芳香氨基酸及脂肪链氨基酸组成。在这种小分子对生物大分子识别事件中,立体化学修饰的脂肪族化合物作为构建聚酰胺的一部分在聚酰胺特异性识别DNA方面起着非常重要的作用。本论文设计了14个包含手性氨基酸： （S/R）-β-羟基--γ-氨基丁酸（Sγβ-OH,Rγβ-OH）、（S/R）-α-氨基-β-丙氨酸（Sβα-NH2,Rβα-NH2）、（1S,3R）-3－氨基-环戊烷甲酸（SRCp）及（1R,3S）-3-氨基-环戊烷甲酸（RSCp）的新型吡咯-咪唑聚酰胺（Py-Im polyamide）;并通过Fmoc化学手工固相合成法合成了其中四个聚酰胺；最后,应用表面等离子共振（SPR）和分子模拟（MS）技术考察了聚酰胺中手性元素对T碱基的识别能力。SPR研究结果表明,在B-DNA小沟中,与包含β/β （β-alanine,β-丙氨酸,i.e.β）配对构成的发夹毗咯-咪唑聚酰胺（hairpin polyamide）相比,由手性氨基酸分子：Sγβ-OH, Rγβ-OH, Sβα-NH2,Rβα-NH2,SRCp,RSCp作为识别单元与p-丙氨酸配对的聚酰胺对DNA序列：5’-TGCNCAT-3’/5’-ATGN’GCA-3’ （N·N’= A·T, T·A, C·G,G·C）的键合亲和力和特异性识别有重要的影响。尤其是聚酰胺Ac-Im-Sβα-NH2-ImPy-γ-ImPy-P-Py-β-Dp （β/Sβα-NH2）相对于键合位点为5’-TGCNCAT-3’/5’ATGN’GCA-3’（N·N’=A·T,T·A）的DNA序列,更加倾向于识别包含A·T的DNA序列,其键合解离平衡常数（KD）为6.3×10-8 M,其对包含T·A的DNA序列KD为9.5×10-7M,二者之间具有15倍的特异性。其结果说明a位取代的立体化学可以改变聚酰胺识别不同DNA序列的亲和力和特异性。分子模拟（MS）研究显示,在聚酰胺Ac-Im-Sβα-NH2-ImPy-γ-ImPy-β-Py-β-Dp（β/Sβα-NH2）对DNA序列5’-TGCACAT-3’/5’.ATGTGCA-3’的识别时,α-氨基与碱基T的02非常接近,使其间形成了作用力很强的氢键。由SPR和MS的研究得出：Sβα-NH2可以作为碱基T的特异性识别元素。另外,应用MS技术在考察聚酰胺Ac-ImIm-β-ImIm-γ-PyPy-Sγβ-OH-PyPy-β-Dp（Sγβ-OH/β）和Ac-Im-Im-Sγβ-OH-ImIm-γ-PyPy-β-PyPy-β-Dp（β/Sγβ-OH）对DNA序列5’-TGGT/A-GGA-3’/5’-TCCA/TCCA-3’的识别作用时,当Sγβ-OH对应T碱基时,β-羟基与碱基T的02非常接近使其间形成了较强的氢键。说明Sγβ-OH具有作为碱基T的特异性识别元素的潜力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 吡咯-咪唑聚酰胺对DNA的特异性识别
• 1.2.1 吡咯-咪唑聚酰胺特异性识别DNA的由来
• 1.2.2 吡咯-咪唑聚酰胺特异性识别DNA的发展
• 1.3 脂肪链在吡咯-咪唑聚酰胺特异性识别DNA中的作用
• 1.3.1 γ-氨基丁酸及其手性结构修饰物对聚酰胺与DNA作用的影响
• 1.3.2 β-丙氨酸及其手性结构修饰物对聚酰胺与DNA作用的影响
• 1.3.3 其它脂肪链对聚酰胺识别DNA的影响
• 1.3.4 脂肪链化合物作为连接链（linker）在聚酰胺生物应用中的作用
• 1.3.4.1 脂肪链在聚酰胺-分子荧光标记中的作用
• 1.3.4.2 脂肪族linker在聚酰胺-烷化剂结合物中的作用
• 1.3.4.3 脂肪族linker在聚酰胺基因调控中的作用
• 第二章 吡咯-咪唑聚酰胺特异性识别DNA存在的问题及本论文设计思路和研究意义
• 2.1 吡咯-咪唑聚酰胺特异性识别DNA存在的问题
• 2.2 本论文设计思路及研究意义
• 2.3 本章小结
• 第三章 β-羟基、γ-氨基同时保护的手性氨基酸单体及N-甲基-2-羧基咪唑的合成
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 手性单体（3S）-4-[（9-Fluorenylmethoxy）carbonylamino]-3-hydroxybutyricacid的合成
• 3.2.2 手性单体（3S）-3-tert-Butyloxy-4-（9-Fluorenylmethoxy）carbonylaminobuty-rate tert-butyl ester的合成
• 3.2.3 手性单体（3S）-2-tert-Butyloxy-4-（9-flurenylemthyoxy）carbonylaminobutyricacid的合成
• 3.2.4 手性单体（3R）-4-[（9-Fluorenylmethoxy）carbonylamino]-3-hydroxybutyricacid的合成
• 3.2.5 手性单体（3R）-3-tert-Butyloxy-4-（9-Fluorenylmethoxy）carbonylaminobutyr--ate tert-butyl ester的合成
• 3.2.6 手性单体（3R）-2-tert-Butyloxy-4-（9-flurenylemthyoxy）carbonylaminobutyricacid的合成
• 3.2.7 中间体N-甲基-2-三氯乙酰基咪唑的合成
• 3.2.8 中间体N-甲基-2-甲氧羰酰基咪唑的合成
• 3.2.9 单体N-甲基咪唑-2-甲酸的合成
• 3.3 本章小结
• 第四章 吡咯-咪唑聚酰胺的固相合成
• 4.1 引言
• 4.2 固相合成法的基本原理
• 4.3 固相合成法的优点
• 4.4 吡咯-咪唑聚酰胺的固相合成
• 4.5 实验部分
• 4.6 目标吡咯-咪唑聚酰胺的手工固相合成
• 4.6.3 吡咯-咪唑聚酰胺（15）的合成
• 4.6.4 吡咯-咪唑聚酰胺（14）的合成
• 4.6.5 吡咯-咪唑聚酰胺（13）的合成
• 4.7 目标吡咯-咪唑聚酰胺的仪器固相合成
• 4.8 本章小结
• 第五章 计算机分子模拟（MS）考察目标聚酰胺中手性元素对DNA碱基T的特异性识别能力
• 5.1 引言
• 5.2 计算机辅助药物设计的基本原理
• 5.3 目标聚酸胺特异性识别DNA的分子模拟
• 5.3.1 实验部分
• 5.3.2 吡咯-咪唑聚酰胺（13-16）实验结果与讨论
• 5.3.3 吡咯-咪唑聚酰胺（3-12）实验结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 表面等离子共振技术（SPR）考察目标聚酰胺中手性元素对DNA碱基T的特异性识别能力
• 6.1 引言
• 6.2 表面等离子共振技术（SURFACE PLASMON RESONANCE,SPR）的原理及应用
• 6.3 实验方法
• 6.3.1 生物素功能化的DNA的固定
• 6.3.2 SPR结合能力研究的基本过程
• 6.3.3 SPR实验结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢
• 附图1
• 1.1 实验所用仪器
• 1.2 实验所用试剂
• 附图2