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氨基酸卟啉合成、自聚集行为及对生物分子识别的研究

2020-12-07阅读(768)

氨基酸卟啉合成、自聚集行为及对生物分子识别的研究

论文摘要

把不同的氨基酸作为取代基引入卟啉环,利用他们带不同电荷、极性以及在中性溶液中两性离子的特性,将其连在卟啉分子中可以改变卟啉化合物的受授性质,使氨基酸卟啉的结构和性能更接近天然卟啉,使得整个卟啉分子对特定的蛋白质分子表现出选择性识别。对氨基酸卟啉的聚集体结构和过程的研究,以及对特定分子的识别研究有助于了解氨酰转移RNA合成酶识别特定氨基酸的生物机理,对研究分子识别化学中不同的作用模式也具有非常重要的意义。此课题的研究一直是仿生化学研究领域中一个具有挑战性的课题。本文合成并系统的研究了氨基酸卟啉在不同体系中的聚集行为及与生物分子间的识别研究。论文主要包括以下几个方面:第一部分概述了氨基酸卟啉的研究意义、氨基酸卟啉的合成研究进展、卟啉化合物自聚集行为及与生物分子间聚集行为的研究现状、卟啉特别是氨基酸卟啉对生物分子的识别研究现状及本论文的研究主要内容及特点。第二部分采用经典的Alder-Longo法设计并合成了三种氨基酸卟啉化合物的中间体,并进一步将不同氨基酸配体引入中间体的不同位置,合成了meso-四-[4-（Boc-苏氨酸）氨基苯基]卟啉（TAPP-Thr-Boc）、不对称型5-（4-苏氨酸氨基苯基）-10,15,20-三-（4-氯代苯基）卟啉（p-Thr-TriClPP）和尾式卟啉—5-[4-（L-色氨酸乙氧基）苯基]-10,15,20-三苯基卟啉[p-TrpO-C2-（TPP）]。利用核磁共振谱等手段进行了光谱表征,对不同取代位置和不同取代氨基酸配体对氨基酸卟啉的光谱性能影响进行了研究。计算得出所合成的卟啉有较高的荧光量子产率,并进一步讨论了实验过程中的影响因素。第三部分利用卟啉在不同单一溶剂中单体与聚集体相互转化时,吸收光谱有所变化的原理,计算p-Thr-TriClPP及其中间体p-H2TriClNH2PP的自聚集数和自聚集平衡常数,根据计算结果比较p-Thr-TriClPP和其中间体在不同单一溶剂中的自聚集能力,发现π-π相互作用和氢键作用的综合效果使得p-Thr-TriClPP的聚集能力相比仅以π-π相互作用为主的中间体p-H2TriClNH2PP的增强很多。从而对p-Thr-TriClPP中引入的修饰基团—苏氨酸对两种卟啉在极性溶剂中聚集作用力的影响作出理论解释。第四部分分别研究了阳离子型氨基酸卟啉—p-Thr-TriClPP在阴离子表面活性剂AOT和阳离子表面活性剂CTMAB溶液中的自聚集行为,利用荧光各向异性及表面张力法考察了该卟啉在两种胶束内的传递过程。该卟啉在接近或者略高于CMC（临界胶束浓度）时的AOT和CTMAB水溶液中均形成了H-型聚集体,而随着胶束溶液浓度的增加逐渐转化成单体。但离子强度仅影响该卟啉在AOT中聚集体数目;两个体系的胶束浓度高于CMC时,随着卟啉浓度的增加,H-型聚集体向单体转化。强酸对该卟啉在AOT溶液中有质子化效果,致使H-型聚集体向单体转化,再由单体形成J-型聚集体,导致了谱带的红移;但在CTMAB溶液中强碱使该卟啉去质子化,使其由H-型聚集体向单体转化。第五部分通过分别研究p-Thr-TriClPP及其中间体p-H2TriClNH2PP对鸟嘌呤（Gua）的专一性识别,比较计算不同温度下p-Thr-TriClPP及其中间体分别与Gua结合时的静态猝灭常数。根据F?rster非辐射能量转移理论确定了p-Thr-TriClPP及其中间体与Gua的结合过程均属于非辐射能量转移。通过热力学参数的计算,确定在没有引入苏氨酸基团的中间体p-H2TriClNH2PP与Gua主要以静电引力相结合,而引入苏氨酸基团后p-Thr-TriClPP与Gua则以氢键和范德华力相结合。这就证明了卟啉环侧链引入苏氨酸基团后与Gua间的专一识别有一定的影响。第六部分研究了AOT以胶束形式存在下,阳离子型TAPP-Thr-Boc作为荧光光谱探针用于含有L-色氨酸（L-Trp）残基的牛血清白蛋白（BSA）的定量测定中,此法检测限低,有较好的选择性和灵敏度,用于实际样品的测定,结果满意。利用多种光谱并结合BSA性质实验探讨了TAPP-Thr-Boc与BSA的结合机理,判断该体系的主要结合作用力为静电引力。进一步利用荧光猝灭光谱研究了TAPP-Thr-Boc与BSA中L-Trp残基的专一性识别。重点研究了不同温度下TAPP-Thr-Boc对L-Trp残基内源荧光的猝灭机理和能量转移过程,根据热力学参数确定了两者之间专一识别的作用力类型为静电引力,这与TAPP-Thr-Boc与BSA之间反应机理的探讨结果一致。

论文目录

  • 目录
  • 物质全称及其简写对照表
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 氨基酸卟啉合成意义
  • 1.2 氨基酸卟啉合成进展
  • 1.2.1 去保护氨基酸卟啉的合成
  • 1.2.2 尾式氨基酸卟啉的合成
  • 1.2.3 氨基酸双卟啉二聚体的合成
  • 1.3 卟啉自聚集研究
  • 1.3.1 聚集现象及聚集体类型
  • 1.3.2 卟啉自聚集机理和主要驱动力
  • 1.3.3 自聚集原理及公式推导
  • 1.3.4 聚集行为研究现状
  • 1.4 卟啉对生物分子的分子识别
  • 1.4.1 分子识别现象
  • 1.4.2 卟啉对生物分子识别研究现状
  • 1.5 卟啉与生物分子性质研究中的光谱技术
  • 1.5.1 紫外-可见吸收光谱
  • 1.5.2 荧光光谱
  • 1.5.3 共振光散射（RLS）
  • 1.5.4 诱导圆二色谱（ICD 谱）
  • 1.5.5 核磁共振谱（NMR）
  • 1.6 论文的主要研究内容及新颖性
  • 1.6.1 论文的主要研究内容
  • 1.6.2 论文的新颖性
  • 第二章 氨基酸卟啉及其中间体的合成
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 仪器与试剂
  • 2.2.2 系列卟啉化合物的反应机理
  • 2.2.3 合成时所需装置
  • 2.3 对称型氨基酸卟啉的合成
  • 2.3.1 meso-四-（4-硝基苯基）卟啉的合成
  • 2.3.2 meso-四-（4-氨基苯基）卟啉的合成
  • 2.3.3 meso-四-[4-（Boc-苏氨酸）氨基苯基]卟啉的合成
  • 2.3.4 TAPP-Thr-Boc 合成过程中注意事项
  • 2.4 不对称型氨基酸卟啉的合成
  • 2.4.1 5-（4-氨基苯基）-10,15,20-三-（4-氯基苯基）卟啉的合成
  • 2.4.2 5-（4-Boc-苏氨酸氨基苯基）-10,15,20-三-（4-氯代苯基）卟啉合成
  • 2.4.3 脱t-Boc 保护基团
  • 2.5 L-色氨酸尾式卟啉的合成
  • 2.5.1 5-（4-羟基苯基）-10,15,20-三苯基卟啉的合成
  • 2.5.2 5-[4-（2-溴乙氧基）苯基]-10,15,20-三苯基卟啉的合成
  • 2.5.3 新型L-色氨酸尾式卟啉的合成
  • 2.6 结果与讨论
  • 2.6.1 影响反应的条件因素
  • 2.6.2 产品分离过程讨论
  • 2.7 本章小结
  • 第三章 氨基酸卟啉的表征及光谱行为的研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 核磁共振
  • 3.3 红外光谱
  • 3.4 系列氨基酸卟啉化合物光谱行为的研究
  • 3.4.1 紫外吸收光谱
  • 3.4.2 紫外吸收光谱数据总结
  • 3.4.3 荧光光谱及荧光量子产率
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 p-Thr-TriClPP 及其中间体在单一溶剂中自聚集能力研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 仪器与试剂
  • 4.2.2 实验方法
  • 4.3 实验结果
  • 2TriClNH2PP 的自聚集研究'>4.3.1 p-H2TriClNH2PP 的自聚集研究
  • 4.3.2 p-Thr-TriClPP 的自聚集研究
  • 4.4 在单一溶剂中自聚集的比较讨论
  • 2TriClNH2PP 自聚集作用力判断'>4.4.1 p-H2TriClNH2PP 自聚集作用力判断
  • 4.4.2 p-Thr-TriClPP 自聚集作用力判断
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 p-Thr-TriClPP 在阴、阳离子表面活性剂中的聚集行为
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 仪器与试剂
  • 5.2.2 实验方法
  • 5.3 实验结果
  • 5.3.1 p-Thr-TriClPP 在AOT 溶液中的聚集行为研究
  • 5.3.2 p-Thr-TriClPP 在CTMAB 溶液中的聚集行为研究
  • 5.4 卟啉-表面活性剂H-型聚集体的形成
  • 5.4.1 卟啉-AOT 溶液H-型聚集体的形成机理
  • 5.4.2 卟啉-CTMAB 溶液H-型聚集体的形成机理
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 荧光光谱研究p-Thr-TriClPP 及其中间体对嘌呤衍生物的分子识别
  • 6.1 引言
  • 6.2 实验部分
  • 6.2.1 仪器与试剂
  • 6.2.2 实验方法
  • 6.3 结果与讨论
  • 6.3.1 酸度对结合反应的影响
  • 6.3.2 离子强度对结合反应的影响
  • 6.3.3 紫外吸收光谱及荧光光谱
  • 6.3.4 猝灭机理和结合常数的测定
  • 6.3.5 Guanine 与卟啉之间的能量转移
  • 6.3.6 结合反应中热力学函数的变化
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 AOT 胶束中对称型TAPP-Thr-Boc 与蛋白质相互作用的荧光光谱行为研究
  • 7.1 引言
  • 7.2 实验部分
  • 7.2.1 仪器与试剂
  • 7.2.2 实验方法
  • 7.3 结果与讨论
  • 7.3.1 TAPP-Thr-Boc 荧光光谱
  • 7.3.2 酸度的选择
  • 7.3.3 表面活性剂的选择
  • 7.3.4 TAPP-Thr-Boc 浓度的选择
  • 7.3.5 试剂加入顺序的影响
  • 7.3.6 反应时间和体系稳定性
  • 7.3.7 线性范围及检测限
  • 7.3.8 共存物质的影响
  • 7.3.9 实际样品中蛋白质含量的测定
  • 7.4 机理探讨
  • 7.4.1 离子强度的影响
  • 7.4.2 蛋白质热变性实验
  • 7.4.3 （TAPP-Thr-Boc）-AOT 胶束-BSA 复合物的形成
  • 7.4.4 紫外吸收光谱
  • 7.5 本章小结
  • 第八章 TAPP-Thr-Boc 对BSA 中L-色氨酸残基的识别研究
  • 8.1 引言
  • 8.2 实验部分
  • 8.2.1 仪器与试剂
  • 8.2.2 实验方法
  • 8.3 结果与讨论
  • 8.3.1 不同温度下荧光猝灭光谱
  • 8.3.2 猝灭机理和结合常数的计算
  • 8.3.3 L-Trp 和TAPP-Thr-Boc 之间的能量转移
  • 8.3.4 猝灭过程中热力学函数的变化
  • 8.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A：在校期间发表学术论文及获奖情况
  • 附录B：核磁谱图

    • 相关论文文献

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