生物分子与有机化合物（或生物分子）之间的相互作用及分析应用

摘要

核(苷)酸、蛋白质是生命现象的物质基础，与生物的遗传变异、肿瘤的发生、病毒的感染、射线对机体的作用有着重要关系。因此，深入研究生物分子与小分子物质(或生物分子)的相互作用机理，建立对生物分子快速、简便的分析方法，对分子水平上阐明生命的奥秘等方面具有重要的意义，是当前生物分析化学研究的前沿和热点。 本论文利用荧光技术、共振光散射技术、吸收光谱技术、圆二色光谱技术、透射电镜等技术研究了生物分子与有机化合物(或生物分子)之间相互作用机理，建立了对核(苷)酸简便、快速、准确、灵敏而选择性的分析方法。论文共分五个部分。 论文的第一部分综述了核(苷)酸荧光探针研究进展和发展趋势，以及小分子物质与生物大分子相互作用的研究手段等，共引用文献142篇。 在论文的第二部分，以桑色素-KI为荧光探针建立了灵敏的核酸分析方法。研究表明，在中性条件下，桑色素-KI能够选择性地识别双螺旋核酸中的鱼精子DNA，从而建立了选择性检测鱼精子DNA的荧光新方法。在最佳实验条件下，hsDNA和smDNA的线性范围分别为8.0×10-9-2.0×10-5g mL-1和5.0×10-9-1.0×10-5g mL-1，它们的检出限分别达到了4.5ng mL-1和3.5ng mL-1。KI-morin与fsDNA相互作用机理研究表明：KI-桑色素与fsDNA主要以沟槽式结合，还存在分子问作用力。在低浓度下，KI对桑色素-fsDNA的荧光进一步增强主要源于更有利于发光结构的形成。 论文的第三部分，用桑色素作为荧光探针，建立了灵敏而选择性测定鸟嘌呤的新方法。结果表明，在NaAc-HAc缓冲中，鸟嘌呤碱基加入到桑色素体系中，荧光强度显著增强且增强程度与鸟嘌呤碱基的浓度有良好的线性关系。该方法可用于鸟嘌呤的测定。在最佳实验条件下，鸟嘌呤的线性范围为2.0×10-8-8.0×10-5mol L-1，检出限为7.0×10-9mol L-1，干扰实验结果表明其它碱基对鸟嘌呤的测定影响较小。机理研究认为，鸟嘌呤对桑色素的荧光增强作用源于氢键缔合物的形成，氢键作用增大了桑色素结构的共平面效应和刚性，减小了桑色素的能量耗散，导致其荧光寿命的增加和荧光强度的增强。 论文的第四部分，利用荧光光谱和圆二色光谱对肾上腺素-氢氧化钠-2,3-二氨基萘体系的作用机理进行了研究。利用双倒数曲线法测定了β-CDx对肾上腺素．氢氧化钠-2,3-二氨基萘体系和肾上腺素-氢氧化钠-丙酮-2,3-二氨基萘体系的包结常数和包结比。结果表明，在丙酮存在下，荧光产物与β-CDx以1:1配合，包结常数平均为206L mol-1。而无丙酮存在时，产物与β-CDx存在多级包结。在β-CDx低浓度区间形成的是1:1的包结物，其平衡常数为68L mol-1；随着β-CDx浓度的继续增加，还会与一分子的β-CDx进行包结，最终形成2:1的包结物，其平衡常数平均为1270L mol-1。圆二色光谱研究表明：肾上腺素-氢氧化钠-2,3-二氨基萘体系的反应产物以轴向包结的方式进入β-CDx的空腔体系。在这个体系中，丙酮和β-CDx存在协同增敏效应。有机溶剂的加入使得荧光产物的吲哚环裸露在空腔外，由于空间位阻效应，荧光产物与β-CDx形成1:1(或者2:2)包结物。 在论文第五部分的研究中，利用去溶剂化法合成了BSA纳米粒子。研究发现，该蛋白质纳米粒子在430nm处产生一个新的荧光发射峰，其源于纳米粒子中蛋白质分子的聚集：并且在表面活性剂CTMAB的存在下，核酸可以明显增强该蛋白质纳米粒子的荧光强度，从而建立了检测核酸的荧光新方法。利用圆二色光谱，共振光谱以及透射电镜技术研究了蛋白质纳米粒子、CTMAB和核酸之间的相互作用。研究认为，体系以核酸为模板，通过静电引力，阳离子表面活性剂在其表面上聚集，形成预胶束，并促使带负电荷的纳米粒子在预胶束上聚集，形成新的聚集体，从而导致体系的荧光增强。 本论文主要特点： 1．研究发现，荧光分析中常用的猝灭剂KI在低浓度下能够增强morin-hsDNA体系的荧光，桑色素-KI可以作为荧光探针能够选择性地识别双螺旋核酸中的鱼精子DNA，由此建立了选择性测定核酸的荧光光度法，并已用于合成样品的测定。机理研究认为，在桑色素-KI主要以沟槽作用方式与fsDNA结合，在低浓度下，KI对桑色素-fsDNA的荧光进一步增强主要源于更有利于发光结构的形成。 2．研究发现，在弱酸条件下鸟嘌呤能明显增强桑色素的荧光强度，而DNA中其他三种正常碱基的干扰较小，据此建立了选择性测定鸟嘌呤的荧光光度法。本方法还具有操作简便、快速、线性范围宽、灵敏度高等特点。机理研究认为，鸟嘌呤和桑色素形成匹配的分子间三氢键，这增大了桑色素结构的共平面效应和刚性，减小了桑色素能量耗散作用，从而使得桑色素的荧光寿命和荧光强度增加，并已将该体系应用于鸟嘌呤的定量测定。 3．利用圆二色光谱和荧光光谱技术研究了环糊精对肾上腺素．氢氧化钠-2,3-二氨基萘体系的包结行为，确定了体系的包结比和包结常数，提出了有机溶剂丙酮在体系中荧光增敏效应的原因以及对体系包结模式的影响。 4．研究发现，蛋白质纳米粒子在430nm左右能发射新的荧光峰；在表面活性剂CTMAB的存在下，核酸能明显增强体系的荧光强度，从而建立了核酸新的荧光分析方法。机理研究表明，核酸与CTMAB为蛋白质纳米粒子提供了一个疏水的微环境，并促进了体系的进一步聚集，形成大的聚集体，从而导致体系的荧光增强。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明

声明

第一章绪论

第一节核酸发光探针的研究进展

1.有机分子荧光探针

2.金属离子荧光探针

3.金属配合物荧光探针

4.光化学探针

5.化学发光法

6.纳米粒子荧光探针

第二节核苷酸及其碱基的定量分析

1.荧光衍生化反应

2.荧光探针技术

第三节研究生物大分子的方法与手段

1.紫外-可见吸收光谱

2.荧光光谱

3.圆二色光谱

4.散射光谱

5.红外吸收光谱

6.核磁共振技术

7.其他技术

第四节本论文的研究目的和研究内容

1.研究目的

2.研究内容

第二章KI对桑色素-核酸体系荧光增强效应的研究

1.实验部分

2.结果与讨论

3.机理探讨

4.结论

第三章鸟嘌呤体系中荧光增强效应及其分析应用

1.实验部分

2.结果与讨论

3.相互作用机理的探讨

4.结论

第四章β-环糊精对肾上腺素-2，3-二氨基萘体系包结作用的研究

1.实验部分

2.结果和讨论

3.结论

第五章蛋白质纳米粒子的发光性质及其分析应用的研究

1.实验部分

2.结果与讨论

3.机理探讨

4.结论

参考文献

致谢

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