荧光成像检测细胞内锰离子探针的设计合成及应用

摘要

锰离子作为生物体内的重要元素之一，在细胞代谢活动中发挥着不可替代的作用，它作为辅助因子参与许多酶（如转移酶、水解酶、裂解酶、精氨酸酶、超氧化物歧化酶等）的生物学作用。锰离子含量异常会直接影响正常的生理代谢活动，例如，锰离子的缺乏可能会导致生长迟缓，骨质疏松和运动失常；相反，含量过高也会对神经系统带来损伤乃至疾病，如帕金森综合症。细胞内不同区域内锰离子的水平存在差异，其相关的功能也不同。然而，不同亚细胞区域内锰离子的稳态调节机制及浓度变化与化学生物学过程的关联仍然很不清楚。因此，迫切需要发展准确检测不同亚细胞结构内锰离子浓度的方法。
　　荧光成像法由于具有高灵敏度、高选择性、快速简便等优点，已被广泛应用在生物学、化学及医学领域。目前，荧光成像检测细胞器内锰离子的报道很少。因此，急需发展精确定位不同亚细胞区域的新型荧光探针，实现对锰离子浓度变化的高灵敏度和高选择性的成像检测，为揭示与锰离子相关的生物学过程和疾病的发生发展分子机制提供理想的工具。
　　基于上述原因，我们设计合成了一系列检测锰离子的新型荧光探针，并将其应用于细胞及活体成像分析。本论文的具体工作内容如下：
　　（一）以双环己基吡啶取代大环为配体，以带有脂溶性阳离子的花菁（Cy）作为荧光团，通过共价连接，构建了能够定位于线粒体，检测锰离子的新型近红外荧光探针Cy-MitoMn。由于光诱导电子转移机理（PET），探针本身的近红外荧光被猝灭，加入锰离子后，与配体结合，形成络合物，有效地阻断PET效应，使花菁近红外荧光恢复。实验结果显示当锰离子浓度增加时，Cy-MitoMn最大发射波长784 nm处的荧光不断增强，探针检测锰离子的线性范围为0-2.4μM，检测限为12 nM，探针与锰离子的解离常数Kd为2.48x10-6 M。该探针成功地对人体肝细胞线粒体内锰离子浓度变化进行了可视化检测，并首次实现了活体水平上锰离子的荧光成像分析。此外，细胞内适量锰离子也可以有效的阻断细胞凋亡过程。该探针将为探究线粒体锰离子相关的生物学过程以及锰离子与线粒体氧化应激的关联提供了理想的成像方法。
　　（二）以双环己基吡啶取代大环为配体，连接荧光染料BODIPY，构建了能够定位于细胞质的新型荧光探针BDP-CytoMn。由于PET作用，BODIPY的荧光被猝灭，加入锰离子后，与配体结合，阻断PET效应，使BODIPY荧光恢复。该探针能够快速响应锰离子的浓度变化。

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第一章 绪论

1． 引言

2. 人体内锰离子的简述

3. 锰离子的检测方法

4. 近红外荧光探针研究的意义及其进展

5. 定位荧光探针研究的意义及其进展

6. 论文选题目的与意义

参考文献：

第二章 检测线粒体内锰离子的近红外发射荧光探针的设计合成及生物应用

摘要

2.1 引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4结论

参考文献：

第三章 检测细胞质内锰离子的荧光探针的设计合成

摘要

3.1 引言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

4 下一步实验计划

参考文献：

第四章 总结与展望

附录一 化合物的各种表征谱图

附录二 作者硕士期间科研成果及参加的课题

致谢