BINOL修饰的绿色荧光蛋白（GFP）生色团：合成、表征及性能研究

论文摘要

近20年来,绿色荧光蛋白成为了人们关注的热点。绿色荧光蛋白作为一个重要的工具在生命科学领域得到了越来越广泛的应用。天然即野生型的绿色荧光蛋白有着许多的不足,这限制了它的应用和推广。这就需要对绿色荧光蛋白进行改进,其中一个重要的方法是用天然或非天然的氨基酸来改变绿色荧光蛋白生色团的结构,从而改变了绿色荧光蛋白的光物理和光化学性质,获得了很多新颖的GFP突变体。这些突变体在很多方面得到了广泛的应用,例如植物细胞标记,pH检测,金属离子识别等等。联萘二酚作为结构骨架多用于手性催化领域,将其作为一个荧光基团用于合成荧光探针却不太常见。BINOL用于荧光探针方面,有它独有的优点：1.BINOL是一种手性化合物,以它为骨架合成的荧光探针分子也就具备了手性,这就使它在识别手性有机小分子方面有了潜在可行性；2.它具有刚性平面结构,能够用来增强荧光分子探针的荧光强度和荧光量子产率；3.BINOL的两个羟基在识别客体和稳固分子结构方面也有着潜在的作用；4.两个萘环之间有一定夹角,这就天然提供了一个分子空腔,能够提高荧光探针的选择性和灵敏度。本文根据绿色荧光蛋白生色团的结构特点和联萘二酚的结构优点,对GFP生色团做了进一步的修饰和改进,合成了以手性联萘二酚为分子骨架的GFP生色团变体。该GFP生色团变体同时具备两种化合物结构优点,并利用二氯甲烷-乙醇溶液体系成功培养出了部分化合物的晶体,用X-ray单晶衍射对化合物进行了表征和分析。同时,本文选取结构相同但构型不同的化合物8和15,对它们的荧光性能和金属离子识别方面做了进一步的研究。研究发现,化合物8和15在DMF/水（v/v=5：5）中有着良好的荧光性能,并且都能够对Fe3+较好地选择性识别,都可以作为一种Fe3+离子荧光探针。8作为荧光探针,其他金属离子的干扰性比15更小——Cu2+和Zn2+离子对15与Fe3+识别有一定的影响,而对8影响不大。这也是对BINOL和GFP的一次有益的应用探索。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 绿色荧光蛋白的研究现状
• 1.1.1 绿色荧光蛋白的发展历史
• 1.1.2 绿色荧光蛋白的结构
• 1.1.3 绿色荧光蛋白的改进及突变体
• 1.1.4 绿色荧光蛋白的特性及应用
• 1.1.5 绿色荧光蛋白生色团的部分变体及应用
• 1.2 荧光探针的识别机理
• 1.2.1 光诱导电子转移PET（photoinduced electron transfer）
• 1.2.2 分子内共轭电荷转移ICT（intramolecular charge transfer）
• 1.2.3 荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy,FRET）
• 1.2.4 激基缔合物（excimer）
• 1.3 1,1’-联萘二酚在荧光分子探针方面的应用
• 1.3.1 1,1’-联萘二酚在手性分子识别的应用
• 1.3.2 1,1’-联萘二酚在离子识别的应用
• 1.4 本论文的选题目的和意义
• 参考文献
• 第二章 GFP荧光分子的合成
• 2.1 引言
• 2.2 1,2-Dimethyl-1H-imidazol-5（4H）-one的合成
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 合成路线
• 2.2.4 N-Acetyl-2-azido-N-methylacetamide的合成
• 2.2.5 1,2-Dimethyl-1H-imidazol-5（4H）-one的合成
• 2.3 化合物3的合成
• 2.3.1 实验试剂
• 2.3.2 合成路线
• 2.3.3 实验步骤
• 2.4 化合物4的合成
• 2.4.1 实验试剂
• 2.4.2 合成路线
• 2.4.3 实验步骤
• 2.5 化合物5的合成
• 2.5.1 实验试剂
• 2.5.2 合成路线
• 2.5.3 实验步骤
• 2.6 化合物6的合成
• 2.6.1 实验试剂
• 2.6.2 合成路线
• 2.6.3 实验步骤
• 2.7 化合物7的合成
• 2.7.1 实验试剂
• 2.7.2 合成路线
• 2.7.3 实验步骤
• 2.8 化合物8的合成
• 2.8.1 实验试剂
• 2.8.2 合成路线
• 2.8.3 实验步骤
• 2.8.4 8的单晶X-衍射分析
• 2.9 化合物10的合成
• 2.9.1 实验试剂
• 2.9.2 合成路线
• 2.9.3 实验步骤
• 2.10 化合物11的合成
• 2.10.1 实验试剂
• 2.10.2 合成路线
• 2.10.3 实验步骤
• 2.11 化合物12的合成
• 2.11.1 实验试剂
• 2.11.2 合成路线
• 2.11.3 实验步骤
• 2.12 化合物13的合成
• 2.12.1 实验试剂
• 2.12.2 合成路线
• 2.12.3 实验步骤
• 2.13 化合物14的合成
• 2.13.1 实验试剂
• 2.13.2 合成路线
• 2.13.3 实验步骤
• 2.13.4 14的单晶X-衍射分析
• 2.14 化合物15的合成
• 2.14.1 实验试剂
• 2.14.2 合成路线
• 2.14.3 实验步骤
• 2.14.4 15的单晶X-衍射分析
• 2.15 本章小结
• 参考文献
• 第三章 化合物8和15的荧光光谱及对金属离子的识别
• 3.1 引言
• 3.2 化合物8的荧光光谱和对金属离子的检测
• 3.2.0 化合物8在不同溶剂中的荧光光谱
• 3.2.1 有机溶剂和水的配比对化合物8的荧光光谱的影响
• 3.2.2 不同pH对化合物8的荧光光谱的影响
• 3.2.3 化合物8对不同金属离子的选择性
• 3+的荧光滴定实验'>3.2.4 Fe³⁺的荧光滴定实验
• 3.2.5 共存离子的影响
• 3+离子配位关系'>3.2.6 化合物8与Fe³⁺离子配位关系
• 3.3 化合物15的荧光光谱和对金属离子的检测
• 3.3.1 化合物15对不同金属离子的选择性
• 3+的荧光滴定实验'>3.3.2 Fe³⁺的荧光滴定实验
• 3.3.3 共存离子的干扰
• 3.4 实验讨论
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 附录
• 硕士期间发表论文及研究成果
• 致谢