杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸的选择性识别方法

摘要

本发明公开了一种杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法，其步骤是将杯吡啶和芘四磺酸四钠盐溶解于水中后混合均匀得到溶液，而后对该溶液在室温下进行荧光测试；然后将20种天然氨基酸分别加入到上述溶液中，一分钟后对所得溶液再分别在室温下进行荧光测试；最后将导致荧光信号发生变化的氨基酸及其与杯吡啶的混合物溶解于氘水中，对所得溶液在室温下分别进行核磁共振氢谱测试。本发明利用杯吡啶对酸性氨基酸的选择性识别实现了对生物活性物质酸性氨基酸缩合成的肽和酸性氨基酸代谢产物荧光传感检测的应用。因而，杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸的选择性识别在生物医药领域有着广泛的潜在应用价值。

说明书

本专利得到国家自然科学基金青年科学基金项目（21402141）、天津市应用基础与前沿技术研究计划(青年项目)（15JCQNJC05400）、天津师范大学引进人才基金项目（自然科学）（5RL122）和天津师范大学市级重点实验室开放研究基金课题资助。

技术领域

本发明属于超分子识别方法技术领域，涉及杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸的选择性识别的方法。

背景技术

氨基酸是构成蛋白质大分子的基本结构物质，不仅参与人体中酶、激素、肽和其它重要功能蛋白的合成过程，而且与人体各项生理活动和新陈代谢都息息相关，是生物体内蛋白质的合成不可或缺的重要成分，参见：1）A. Isidro-Llobet, M. Alvarez, F.Albericio.>Chem.>2009,>109>Chem. Rev.>96>J. Org. Chem.>76> Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 2120−2135; 3）N. Hayashi, S. Jin, T.Ujihara.Tetrahedron>. 2015,>56>Chem.>2013,>49 , 1924−1926; 2）N. Douteau-Guével,A.W. Coleman,J.-P. Morel,N. Morel-Desrosiers,>J. Chem. Soc.,>Perkin Trans.21999,629−633。然而对酸性氨基酸选择性识别的研究还鲜有报道。

杯吡啶是一类富含吡啶阳离子的环状化合物，具有良好的水溶性以及和阴离子客体键合的潜能。该化合物可以以3-溴甲基吡啶为原料简便高效的进行合成，参见：S.Shinoda, M. Tadokoro, H. Tsukube, R. Arakawa,>Chem.>1998, 181−182。然而，基于杯吡啶的超分子应用还鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法，并利用该方法实现了对酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu和对酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸的检测。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

1）将杯吡啶、芘四磺酸四钠盐溶解于水中后混合均匀得到溶液，所述杯吡啶和芘四磺酸四钠盐浓度分别为0.004 mmol/L和0.001 mmol/L，而后对该溶液在室温下进行荧光测试；

2）将20种天然氨基酸分别加入到上述溶液中，氨基酸浓度为1 mmol/L，所述氨基酸包括中性氨基酸丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、甘氨酸，碱性氨基酸组氨酸、精氨酸、赖氨酸和酸性氨基酸谷氨酸、天门冬氨酸。加入氨基酸一分钟后对所得溶液再分别在室温下进行荧光测试；

3）将步骤(2)中加入氨基酸后导致杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液的荧光信号发生变化的氨基酸以及这些氨基酸和杯吡啶的混合物分别溶解于氘水中混合均匀得到不同的溶液，而后对这些氘水溶液在室温下分别进行核磁共振氢谱测试；所述氨基酸和杯吡啶的浓度均为5 mmol/L。

本发明进一步公开了杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别方法在对酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu和对酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸检测方面的应用。其中所述的对酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu的检测指的是：当Glu-Glu加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号发生明显的变化，由弱荧光发射信号转变为强荧光发射信号。所述的对酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸的检测指的是：当α-酮戊二酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号发生明显的变化，由弱荧光发射信号转变为强荧光发射信号。

本发明更加详细的描述如下：

杯吡啶作为大环主体，可以选择性地与酸性氨基酸键合，对中性氨基酸和碱性氨基酸没有键合作用；其中杯吡啶和酸性氨基酸的结构如下所示：

当中性氨基酸或碱性氨基酸中的组氨酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号并未发生变化，仍为弱荧光发射信号，表明上述氨基酸和杯吡啶无键合。

当碱性氨基酸中的赖氨酸、精氨酸或酸性氨基酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号发生明显的变化，由弱荧光发射信号转变为强荧光发射信号；对上述氨基酸以及上述氨基酸-杯吡啶的氘水溶液分别进行核磁共振氢谱表征，结果显示赖氨酸和精氨酸在杯吡啶存在的情况下氨基酸上所有氢原子的化学位移和其单独存在时相比并未发生位移变化，表明碱性氨基酸中的赖氨酸、精氨酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时导致芘四磺酸四钠盐产生的荧光信号的变化并非是杯吡啶和赖氨酸、精氨酸键合造成的，赖氨酸、精氨酸和杯吡啶无键合；而酸性氨基酸在杯吡啶存在的情况下氨基酸上所有氢原子的化学位移和其单独存在时相比有明显的位移变化，表明酸性氨基酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时导致芘四磺酸四钠盐产生的荧光信号的变化是杯吡啶和酸性氨基酸键合造成的，酸性氨基酸和杯吡啶有键合。

对酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu的检测指的是：当Glu-Glu加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号发生明显的变化，由弱荧光发射信号转变为强荧光发射信号。对酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸的检测指的是：当α-酮戊二酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号发生明显的变化，由弱荧光发射信号转变为强荧光发射信号。

本发明公开的杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法所具有的积极效果在于：

杯吡啶对酸性氨基酸选择性识别的介质是中性生理pH值水溶液；杯吡啶对酸性氨基酸选择性识别的表征方法高效简便；利用杯吡啶对酸性氨基酸的选择性识别实现了对生物活性物质酸性氨基酸缩合成的肽和酸性氨基酸代谢产物荧光传感检测的应用。因而，杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸的选择性识别在生物医药领域有着广泛的潜在应用价值。

【附图说明】

图1为杯吡啶—芘四磺酸四钠盐、杯吡啶—芘四磺酸四钠盐—氨基酸水溶液的荧光光谱图,其中杯吡啶浓度为0.004 mmol/L，芘四磺酸四钠盐浓度为0.001 mmol/L，氨基酸浓度为1 mmol/L，氨基酸包括谷氨酸、天门冬氨酸、组氨酸、精氨酸、赖氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、甘氨酸；

图2为谷氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—谷氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图，其中谷氨酸和杯吡啶浓度都为5 mmol/L；

图3为天门冬氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—天门冬氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图，其中天门冬氨酸和杯吡啶浓度都为5 mmol/L；

图4为精氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—精氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图，其中精氨酸和杯吡啶浓度都为5 mmol/L；

图5为赖氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—赖氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图，其中赖氨酸和杯吡啶浓度都为5 mmol/L；

图6为在杯吡啶存在的情况下，谷氨酸（附图中缩写为Glu）、天门冬氨酸（附图中缩写为Asp）、精氨酸（附图中缩写为Arg）和赖氨酸（附图中缩写为Lys）上各个氢质子的化学位移变化值图；

图7为随着酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu的加入，杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液荧光发射强度的变化图，其中杯吡啶的浓度为0.004 mmol/L，芘四磺酸四钠盐的浓度为0.001mmol/L；

图8为随着酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸的加入，杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液荧光发射强度的变化图，其中杯吡啶的浓度为0.004 mmol/L，芘四磺酸四钠盐的浓度为0.001 mmol/L。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明，这里所述实施例的方案，不限制本发明，本领域的专业人员按照本发明的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为在本发明的范围内，本发明的范围和实质由权利要求来限定。其中芘四磺酸四钠盐、20种氨基酸、Glu-Glu和α-酮戊二酸有市售。杯吡啶是以3-溴甲基吡啶为原料简便高效的进行合成的，参见：S. Shinoda, M. Tadokoro, H. Tsukube, R. Arakawa,>Chem.> 1998,181−182。

实施例1

一种杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

1）将杯吡啶、芘四磺酸四钠盐溶解于水中后混合均匀得到溶液，所述杯吡啶和芘四磺酸四钠盐浓度分别为0.004 mmol/L和0.001 mmol/L，而后对该溶液在室温下进行荧光测试；

2）将20种天然氨基酸分别加入到上述溶液中，氨基酸浓度为1 mmol/L，所述氨基酸包括中性氨基酸丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、甘氨酸，碱性氨基酸组氨酸、精氨酸、赖氨酸和酸性氨基酸谷氨酸、天门冬氨酸。加入氨基酸一分钟后对所得溶液再分别在室温下进行荧光测试；

3）将上述加入氨基酸后导致杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液的荧光信号发生变化的氨基酸以及这些氨基酸和杯吡啶的混合物溶解于氘水中混合均匀得到溶液，所述氨基酸和杯吡啶的浓度均为5 mmol/L，而后对这些氘水溶液在室温下分别进行核磁共振氢谱测试。

实施例2：

一种杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法：

1）杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸的选择性识别通过荧光光谱手段表征，图1为杯吡啶—芘四磺酸四钠盐、杯吡啶—芘四磺酸四钠盐—氨基酸水溶液的荧光发射光谱图，其中杯吡啶浓度为0.004 mmol/L，芘四磺酸四钠盐浓度为0.001 mmol/L，氨基酸浓度为1 mmol/L，氨基酸包括酸性氨基酸谷氨酸、天门冬氨酸，碱性氨基酸组氨酸、精氨酸、赖氨酸和中性氨基酸丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸、半胱氨酸、脯氨酸、甘氨酸；图中显示，当中性氨基酸或碱性氨基酸中的组氨酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号并未发生变化，仍为弱荧光发射信号，表明上述氨基酸和杯吡啶无键合；当碱性氨基酸中的赖氨酸、精氨酸或酸性氨基酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时，芘四磺酸四钠盐的荧光信号发生明显的变化，由弱荧光发射信号转变为强荧光发射信号；

2）杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸的选择性识别通过核磁波谱表征，图2为谷氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—谷氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图；图3为天门冬氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—天门冬氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图；图4为精氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—精氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图；图5为赖氨酸（附图中标记为a）和杯吡啶—赖氨酸（附图中标记为b）氘水溶液的核磁共振氢谱图，其中氨基酸和杯吡啶的浓度都为5 mmol/L；图6为在杯吡啶存在的情况下，谷氨酸（附图中缩写为Glu）、天门冬氨酸（附图中缩写为Asp）、精氨酸（附图中缩写为Arg）和赖氨酸（附图中缩写为Lys）上各个氢质子的化学位移变化值图，图中显示，赖氨酸和精氨酸在杯吡啶存在的情况下氨基酸上所有氢原子的化学位移和其单独存在时相比并未发生位移变化，表明碱性氨基酸中的赖氨酸、精氨酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时导致芘四磺酸四钠盐产生的荧光信号的变化并非是杯吡啶和赖氨酸、精氨酸键合造成的，赖氨酸、精氨酸和杯吡啶无键合；而酸性氨基酸在杯吡啶存在的情况下氨基酸上所有氢原子的化学位移和其单独存在时相比有明显的位移变化，表明酸性氨基酸加入到杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中时导致芘四磺酸四钠盐产生的荧光信号的变化是杯吡啶和酸性氨基酸键合造成的，酸性氨基酸和杯吡啶有键合。

实施例3

实施例2杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法对酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu的检测的应用，方法如下：

将杯吡啶、芘四磺酸四钠盐溶解于水中后混合均匀得到溶液，所述杯吡啶和芘四磺酸四钠盐浓度分别为0.004 mmol/L和0.001 mmol/L。如图7所示，随着酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu逐渐加入到上述杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中，芘四磺酸四钠盐的荧光信号由弱荧光发射信号逐渐转变为强荧光发射信号，从而实现了对酸性氨基酸缩合成的肽Glu-Glu的荧光传感检测的应用。

实施例4

实施例2杯吡啶在中性生理pH值水溶液中对酸性氨基酸选择性识别的方法对酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸的检测的应用，方法如下：

将杯吡啶、芘四磺酸四钠盐溶解于水中后混合均匀得到溶液，所述杯吡啶和芘四磺酸四钠盐浓度分别为0.004 mmol/L和0.001 mmol/L。如图8所示，随着酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸逐渐加入到上述杯吡啶—芘四磺酸四钠盐水溶液中，芘四磺酸四钠盐的荧光信号由弱荧光发射信号逐渐转变为强荧光发射信号，从而实现了对酸性氨基酸代谢产物α-酮戊二酸的荧光传感检测的应用。