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生物活性硫小分子荧光探针的设计及生物成像应用

2020-12-02阅读(657)

生物活性硫小分子荧光探针的设计及生物成像应用

论文摘要

生物活性硫小分子（Small molecule bio-reactive sulfur species）是指含硫原子的一类生物有机小分子,如生物小分子硫醇（thiols,包括半胱氨酸（Cysteine,Cys）、同型半胱氨酸（Homocysteine,Hcy）、谷胱甘肽（Glutathione,GSH））、硫化氢（Hydrogen sulfide,H2S）和二氧化硫（Sulfur dioxide,SO2）等。这类化合物普遍存在于细胞乃至生物体中,参与了大量的生理过程调控,对保持生命体系的平衡起着异常重要的作用。其在机体中含量的异常与很多疾病相关联。本文以识别生物活性硫小分子为思路,利用特异性响应位点构建荧光探针,成功发展了特异性识别检测二氧化硫、水环境循环检测半胱氨酸及能区分硫醇与硫化氢/亚硫酸根的灵敏性荧光探针,并应用于细胞成像。具体研究工作如下:1.介绍了生物活性硫小分子的生理作用及相关荧光探针的性质研究与应用和本论文的设计思路。2.引入不饱和烯键作为硫醇结合位点和羧基作为末端锚定固定Cys的氨基,合成了 一个快速检测Cys的可逆荧光探针2-1,通过亲核加成反应对Cys特异性识别。探针基本无荧光,随着Cys的加入,不饱和烯键与Cys发生亲核加成反应形成光致电子转移（Photoinduced electron transfer,PET）,体系在500 nm处的荧光强度增强78倍。此外,在水环境中,NEM或H2O2的加入使得2-1-Cys体系荧光实现循环响应。在A549和Hela细胞中可以成功检测到外源性Cys。探针可以进一步应用于生物体中Cys的荧光标记和成像。3.在探针3-1结构中,在生物相容性良好的香豆素作为荧光团的同时,引入双吸电子氰基和羧基与双键连接,增强探针3-1和亚硫酸盐之间的反应活性。因此D-π-A形式构建分子内电荷转移过程（Intramolecular charge transfer,ICT）,探针具有弱的黄色荧光发射（565nm）,在探针和硫酸氢盐之间发生加成反应后共轭双键被破坏,体系显示短波长荧光发射（483nm）,实现了探针对亚硫酸盐的比率荧光检测。研究发现,双吸电子基团增强了探测器识别硫酸氢盐的特异性和敏感性（检测限低至82 nM）。这些优异的性质直接导致使用探针在活细胞中成像二氧化硫。4.针对细胞中硫醇及其代谢产物的生物活性硫小分子化合物,引入丙烯酰基作为巯基的结合位点,以香豆素作为荧光基团的基础上,我们合成了一个通过两个发射通道区分检测硫醇、硫化氢及亚硫酸盐的turn-on荧光探针4-1。其中Cys、Hcy、GSH经亲核加成机理,而H2S和SO32-经亲核加成-环化机理。该探针成功在B16细胞中通过两个发射通道检测H2S/SO32-和生物硫醇,具有检测活体小鼠外源性H2S的能力。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 生物活性硫小分子化合物
  •     1.2.1 硫醇
  •     1.2.2 硫化氢
  •     1.2.3 二氧化硫
  •   1.3 含硫小分子荧光探针的研究进展
  •     1.3.1 硫醇荧光探针的发展
  •     1.3.2 二氧化硫荧光探针的发展
  •     1.3.3 多位点区分识别荧光探针的发展
  •   1.4 本论文的设计思路
  • 第二章 半胱氨酸特异性荧光探针
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验部分
  •     2.2.1 实验仪器
  •     2.2.2 实验试剂
  •     2.2.3 探针2-1的合成及表征
  •     2.2.4 储备液的配制
  •     2.2.5 细胞毒性及成像
  •   2.3 结果与讨论
  •     2.3.1 探针2-1对Cys的光谱响应
  •     2.3.2 探针2-1对Cys的响应时间
  •     2.3.3 探针2-1对Cys的选择性
  •     2.3.4 探针2-1在不同pH环境中对Cys的检测研究
  •     2.3.5 探针2-1对Cys的响应机理
  •     2.3.6 探针2-1用于细胞成像
  •   2.4 本章小结
  • 2特异比率型荧光探针'>第三章 SO2特异比率型荧光探针
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验部分
  •     3.2.1 实验仪器
  •     3.2.2 实验试剂
  •     3.2.3 探针3-1的合成及表征
  •     3.2.4 储备液的配制
  •     3.2.5 细胞毒性及成像
  •   3.3 结果与讨论
  • 32-/HSO3-的选择性'>    3.3.1 探针3-1对SO32-/HSO3-的选择性
  • 32-/HSO3-的光谱响应'>    3.3.2 探针3-1对SO32-/HSO3-的光谱响应
  • 32-/HSO3-的检测研究'>    3.3.3 探针3-1在不同pH环境中对SO32-/HSO3-的检测研究
  • 32-/HSO3-的响应时间'>    3.3.4 探针3-1对SO32-/HSO3-的响应时间
  • 32-/HSO3-的响应机理'>    3.3.5 探针3-1对SO32-/HSO3-的响应机理
  •     3.3.6 探针3-1用于细胞成像
  •   3.4 本章小结
  • -/SO32-荧光探针'>第四章 双发射区分硫醇及HS-/SO32-荧光探针
  •   4.2 实验部分
  •     4.2.4 储备液的配制
  •     4.2.5 细胞毒性及成像
  •     4.2.6 小鼠培养与成像
  •   4.2 结果与讨论
  •     4.3.1 探针4-1选择性
  •     4.3.2 探针4-1对硫醇的光谱响应
  • -/SO32-的光谱响应'>    4.3.3 探针4-1对HS-/SO32-的光谱响应
  • -/SO32-的响应机理'>    4.3.4 探针4-1对硫醇,HS-/SO32-的响应机理
  •     4.3.5 探针4-1用于细胞成像
  •     4.3.6 探针4-1用于小鼠成像
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  • 参考文献
  • 硕士学位期间发表论文
  • 致谢
  • 个人简况及联系方式

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 解茜茜

    导师: 阴彩霞

    关键词: 生物活性硫小分子,硫醇,半胱氨酸,亚硫酸盐,荧光探针,荧光成像

    来源: 山西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,化学

    单位: 山西大学

    分类号: Q503;O657.3

    DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.000285

    总页数: 88

    文件大小: 7125K

    下载量: 300

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