弱相互作用力驱动的鸟嘌呤核苷自组装研究

摘要

由于G-四链体具有重要的生物学意义及鸟嘌呤核苷衍生物自组装的丰富研究内容，近年来，相关研究已经广泛涉及到结构生物学、药物化学、超分子化学和纳米技术领域。鸟嘌呤核苷衍生物自组装的基础研究，考察弱相互作用和所处微环境对组装结构的影响。本论文拟从分子设计角度出发，在鸟嘌呤核苷上衍生化弱相互作用基团，考察溶液中弱相互作用对G-四链体组装体系的影响。
　　论文共分四章。
　　第一章:以鸟嘌呤核苷衍生物超分子自组装的结构类型为主线概述了鸟嘌呤核苷自组装的研究进展，简要介绍了其在材料科学和生物传感器领域的应用，并提出本论文的研究设想。
　　第二章:详细介绍了研究工作中涉及的主要试剂、仪器、化合物的合成及结构鉴定。包括含芘基(PyG)和N,N'-二甲氨基苯基(DMG)的鸟嘌呤核苷衍生物，以及含芘基的吡啶盐苯硼酸衍生物(PypyBA)和非硼酸衍生物(Pypyp)。
　　第三章:设计合成了含N,N'-二甲氨基苯基(DMG)的鸟嘌呤核苷衍生物，应用吸收、荧光和CD光谱考察了它与鸟嘌呤核苷的芘基衍生物(PyG)与K+的组装行为。结果显示，在氯仿中，DMG自身与K+组装形成1∶8的G-八聚体结构。DMG与PyG混合物在基态不存在分子间电荷转移作用，分别与K+组装形成1∶8的G-八聚体和1∶4的G-四链体;在激发态由于发生分子间电荷转移，可与K+组装形成1∶4的G-四链体。说明静电相互作用能与其他弱相互作用协同，促进G-四链体形成并稳定该结构。
　　第四章:利用商品化原料苯硼酸(PBA)与鸟嘌呤核苷（鸟苷，G）在K+存在的碱性条件下可形成含有G-四链体组装结构的水凝胶。并在此基础上设计合成了含芘基的吡啶盐苯硼酸衍生物(PypyBA)，利用荧光光谱、荧光偏振光谱考察溶液中该化合物与鸟苷的组装行为。实验结果显示，只有鸟苷能与PypyBA组装形成G-四链体，K+对G-四链体形成起模板和促进作用。动态共价键（硼酸与二醇生成硼酯）和非共价相互作用（π-π堆积，氢键）协同稳定G-四链体结构。研究表明合理的分子设计能够为水溶液中的鸟苷衍生物自组装提供适宜的环境，减少过多水分子对自我互补氢键的干扰，使鸟嘌呤核苷衍生物的G-四链体结构能在水溶液中形成。

目录

声明

摘要

第一章 鸟嘌呤核苷自组装研究进展

1．1 前言

1．2 乌嘌呤核苷衍生物超分子自组装研究进展

1．2．1 鸟嘌呤核苷衍生物在水中的自组装

1．2．2 亲脂性的鸟嘌呤核苷类似物在有机溶剂中的自组装

1．2．3 鸟嘌呤核苷类似物自区分组装

1．2．4 其他核苷类似物形成的新型氢键组装体

1．2．5 亲脂性鸟苷衍生物对映体自组装

1．2．6 G-四链体离子通道和金属阳离子萃取剂

1．3 鸟嘌呤核苷自组装在材料科学的应用

1．4 DNA链形成的G-四联体生物传感器

1．4．1 K+传感器

1．4．2 其他生物传感器

1．5 论文设想

参考文献

第二章 实验部分

2．1 主要试剂

2．2 主要仪器

2．3 实验方法

2．4 合成与表征

2．4．1 鸟嘌呤核苷衍生物的合成与表征

2．4．2 含芘基的吡啶盐衍生物的合成与表征

2．5 附图

第三章 静电相互作用诱导的鸟嘌呤核苷衍生物自组装

3．1 前言

3．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 DMG自身的组装行为

3．3．2 PyG与DMG混合物在基态的组装

3．3．3 PyG与DMG混合物在激发态的组装

3．4 结论

3．5 附图

参考文献

第四章 与硼酸结合的鸟嘌呤核苷在水溶液中的自组装

4．1 前言

4．1．1 水溶液中的G-四链体超分子自组装

4．1．2 硼酸与糖(二醇化合物)的络合原理

4．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 苯硼酸与乌苷形成凝胶的结果及讨论

4．3．2 PypyBA与鸟苷于水溶液中组装结果及讨论

4．4 结论

4．5 附图

参考文献

论文创新点

本文涉及的符号和缩略语

攻读硕士学位期间所获奖项

攻读硕士学位期间发表与交流的论文

致谢