具有侧臂的氮杂冠醚金属配合物作为水解核酸酶的研究

发布时间：2017-07-26 11:15

  本文关键词：具有侧臂的氮杂冠醚金属配合物作为水解核酸酶的研究

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【摘要】：模拟核酸酶的研究可为生物体内新型人工核酸酶的设计和应用提供理论支持,因而成为了仿生催化研究中比较活跃的领域之一。研究已经表明,具有特定结构的氮杂冠醚金属配合物在催化DNA或者磷酸酯模型物的水解方面表现出独特的催化活性。可以预计,这类金属配合物作为人工水解核酸酶在生物医药、仿生化学和金属酶的模拟等方面将具有潜在的应用价值。为了获得高效稳定的人工核酸酶,本论文主要致力于具有侧臂的氮杂冠醚及其部分过渡和镧系金属配合物的合成及其作为水解核酸酶催化裂解DNA的研究,并获得了一些重要结果和结论。就合成而言,本文基于氮杂冠醚母体(L=1,4,10,13-四氧杂-7,16-二氮杂-18-冠-6)的基础上,通过引入不同的官能团侧臂合成了四种具有不同侧臂的氮杂冠醚衍生物(L1-L4),并成功获得了其相应的部分镧系和过渡金属配合物(LaL、CeL、La L1,CeL1、LaL2、CeL2、La L3、CeL3、LaL4、CeL4、CuL、ZnL、CuL1、ZnL1、CuL2、ZnL2、CuL3和ZnL3),这为将来进一步合成具有不同官能团侧臂氮杂冠醚金属配合物提供了参考方法。在金属配合物作为模拟核酸酶的催化功能研究方面,本文通过凝胶电泳法研究了所合成的氮杂冠醚金属配合物催化水解pUC19质粒DNA的性能,并研究了催化反应体系pH,金属配合物浓度和反应时间等因素对催化水解DNA效果的影响;比较研究了不同金属离子催化活性中心和引入的官能团侧臂对DNA催化水解效率的影响;此外,还初步研究了这些配合物催化水解DNA的作用机理,取得了以下一些重要结果:1)、金属配合物的催化活性与配体的结构和活性中心金属离子的特征(如路易斯酸性、金属离子半径等)相关联,不同催化条件下,其主导因素不同。研究结果表明,受催化活性中心金属离子路易斯酸性主导因素的影响,催化活性:CeLLaL,CeL1La L1,CuL1ZnL1,CeL2La L2;较低浓度下,CeL3La L3。受金属离子半径大小主导因素的影响:ZnL3CuL3;较低浓度下,ZnLCuL。在较高浓度时,金属配合物容易形成非活性羟基二聚物导致配合物催化活性降低,此时CuLZnL,CuL2ZnL2,LaL3CeL3。2)、官能团侧臂的引入有助于提高金属配合物的催化活性。实验结果表明,催化活性:CeL1La L1CeLLaL;La L3Ce L3CeLLaL。这是因为官能团侧臂不仅可以提高配体与金属离子间的结合能力,导致金属配合物的稳定性和催化活性的不同;也可以通过氢键结合增强金属配合物和DNA分子间的相互作用,促进反应中间物的形成和提高反应中间物的稳定性。3)、催化体系的pH会影响催化体系中金属配合物的结构,从而导致其催化活性的不同,且并非pH值越高其催化效果越好。结果表明,在偏碱性条件,带乙酰胺基支链金属配合物具有较高的稳定性和催化活性;而带羟基支链(羟基丙基支链、羟乙基支链和羧乙基支链)的金属配合物则在偏酸性条件下具有较高的稳定性和活性。4)、通过添加不同自由基清除剂的DNA剪切实验结果表明,本论文中涉及的镧系和过渡金属配合物均是通过水解方式催化剪切DNA的。同时,根据实验结果,本文提出了这些金属配合物催化水解DNA的催化反应机理图。但由于研究时间的限制,其作用机理仅仅做了初步研究,一些相关的问题还需要进一步的证明。5)、采用紫外光谱法和荧光光谱法证明了含羧乙基支链的金属配合物(LaL4和CeL4)的形成。另外通过凝胶电泳实验得到,LaL4配合物的催化效率高于CeL4配合物,但其原因有待进一步研究。反应时间越长,其催化剪切DNA的效果越好,但在22h后DNA条带出现弥散拖尾现象,有可能是DNA被进一步剪切为小碎片,这还需进一步的研究证明。
【关键词】：侧臂官能团 氮杂冠醚 金属配合物 DNA水解 仿酶催化
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 1 绪论15-35
• 1.1 单核氮杂冠醚金属配合物作为模拟核酸酶水解核酸16-21
• 1.2 双核氮杂冠醚金属配合物模拟核酸酶水解核酸21-24
• 1.3 氮杂冠醚金属配合物作为模拟核酸酶的“协同催化作用”24-29
• 1.4 氮杂穴醚金属配合物模拟核酸酶催化水解核酸29-32
• 1.5 本论文的研究意义、研究内容及创新点32-35
• 1.5.1 本论文的研究意义32-33
• 1.5.2 本论文的主要研究内容33-34
• 1.5.3 本论文的创新点34-35
• 2 四氧二氮杂冠醚金属配合物催化水解DNA的研究35-53
• 2.1 引言35
• 2.2 实验部分35-38
• 2.2.1 主要仪器35-36
• 2.2.2 主要试剂36
• 2.2.3 配体 1,4,10,13-四氧杂-7,16-二氮杂环十八烷的合成36-37
• 2.2.4 金属配合物的合成37-38
• 2.2.4.1 配合物La L(NO3)3（LaL）的合成37
• 2.2.4.2 配合物CeL(NO3)3（CeL）的合成37
• 2.2.4.3 配合物CuL(NO3)2（CuL）的合成37
• 2.2.4.4 配合物ZnL(NO3)2（ZnL）的合成37-38
• 2.2.5 配合物与DNA结合方式研究38
• 2.2.5.1 紫外可见光谱法38
• 2.2.5.2 荧光光谱法38
• 2.2.6 DNA裂解实验38
• 2.3 结果与讨论38-51
• 2.3.1 四氧二氮杂冠醚镧系金属配合物与DNA之间的相互作用研究38-41
• 2.3.1.1 紫外可见光谱分析法38-39
• 2.3.1.2 荧光光谱分析法39-41
• 2.3.2 四氧二氮杂冠醚镧系金属配合物催化水解DNA的研究41-46
• 2.3.2.1 溶液pH对DNA裂解的影响41-42
• 2.3.2.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响42-43
• 2.3.2.3 反应时间对DNA裂解的影响43-44
• 2.3.2.4 DNA裂解的动力学研究44-45
• 2.3.2.5 剪切DNA的机理研究45-46
• 2.3.3 四氧二氮杂冠醚过渡金属配合物催化水解DNA的研究46-51
• 2.3.3.1 溶液pH对DNA裂解的影响47
• 2.3.3.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响47-48
• 2.3.3.3 反应时间对DNA裂解的影响48-49
• 2.3.3.4 配体，金属离子和金属配合物之间催化活性的比较研究49-50
• 2.3.3.5 金属配合物CuL和ZnL催化剪切DNA的机理研究50-51
• 2.4 结论51-53
• 3 具有乙酰胺支链的氮杂冠醚金属配合物催化水解DNA的研究53-69
• 3.1 引言53-54
• 3.2 实验部分54-56
• 3.2.1 主要仪器54
• 3.2.2 主要试剂54
• 3.2.3 配体 1,4,10,13-四氧杂-7,16-二氮杂环十八烷（L）的合成54
• 3.2.4 具有乙酰胺支链的二氮杂18冠-6 配体L1的合成54-55
• 3.2.5 金属配合物的合成55-56
• 3.2.5.1 配合物La L1(NO3)3（La L1）的合成55
• 3.2.5.2 配合物CeL1(NO3)3（CeL1）的合成55
• 3.2.5.3 配合物CuL1(NO3)2（CuL1）的合成55
• 3.2.5.4 配合物ZnL1(NO3)2（ZnL1）的合成55-56
• 3.2.6 DNA裂解实验56
• 3.3 结果与讨论56-67
• 3.3.1 具有乙酰胺支链的四氧二氮杂冠醚镧系金属配合物催化水解DNA的研究56-62
• 3.3.1.1 溶液pH对DNA裂解的影响56-57
• 3.3.1.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响57-58
• 3.3.1.3 反应时间对DNA裂解的影响58-59
• 3.3.1.4 DNA裂解的动力学研究59-60
• 3.3.1.5 剪切DNA的机理研究60-62
• 3.3.2 具有乙酰胺支链的四氧二氮杂冠醚过渡金属配合物催化水解DNA的研究62-67
• 3.3.2.1 溶液pH对DNA裂解的影响62-63
• 3.3.2.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响63-64
• 3.3.2.3 反应时间对DNA裂解的影响64-65
• 3.3.2.4 剪切DNA的反应机理研究65-67
• 3.4 结论67-69
• 4 具有羟乙基支链的氮杂冠醚金属配合物催化水解DNA的研究69-81
• 4.1 引言69
• 4.2 实验部分69-71
• 4.2.1 主要仪器69-70
• 4.2.2 主要试剂70
• 4.2.3 配体 1,4,10,13-四氧杂-7,16-二氮杂环十八烷（L）的合成70
• 4.2.4 具有羟乙基支链的二氮杂18冠-6 配体L2的合成70
• 4.2.5 金属配合物的合成70-71
• 4.2.5.1 配合物La L2(NO3)3（La L2）的合成71
• 4.2.5.2 配合物CeL2(NO3)3（Ce L2）的合成71
• 4.2.5.3 配合物CuL2(NO3)2（CuL2）的合成71
• 4.2.5.4 配合物ZnL2(NO3)2（ZnL2）的合成71
• 4.2.6 DNA裂解实验71
• 4.3 结果与讨论71-80
• 4.3.1 具有羟乙基支链的四氧二氮杂冠醚镧系金属配合物催化水解DNA的研究71-76
• 4.3.1.1 溶液pH对DNA裂解的影响71-72
• 4.3.1.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响72-74
• 4.3.1.3 反应时间对DNA裂解的影响74
• 4.3.1.4 剪切DNA的机理研究74-76
• 4.3.2 具有羟乙基支链的四氧二氮杂冠醚过渡金属配合物催化水解DNA的研究76-80
• 4.3.2.1 溶液pH对DNA裂解的影响76
• 4.3.2.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响76-77
• 4.3.2.3 反应时间对DNA裂解的影响77-78
• 4.3.2.4 剪切DNA的反应机理研究78-80
• 4.4 结论80-81
• 5 具有羟基丙基支链的氮杂冠醚金属配合物催化水解DNA的研究81-95
• 5.1 引言81
• 5.2 实验部分81-83
• 5.2.1 主要仪器81-82
• 5.2.2 主要试剂82
• 5.2.3 配体 1,4,10,13-四氧杂-7,16-二氮杂环十八烷（L）的合成82
• 5.2.4 具有羟基丙基支链的二氮杂18冠-6 配体L3的合成82
• 5.2.5 金属配合物的合成82-83
• 5.2.5.1 配合物La L3(NO3)3（La L3）的合成82-83
• 5.2.5.2 配合物CeL3(NO3)3（Ce L3）的合成83
• 5.2.5.3 配合物CuL3(NO3)2（CuL3）的合成83
• 5.2.5.4 配合物ZnL3(NO3)2（ZnL3）的合成83
• 5.2.6 DNA裂解实验83
• 5.3 结果与讨论83-93
• 5.3.1 具有羟基丙基支链的四氧二氮杂冠醚镧系金属配合物催化水解DNA的研究83-89
• 5.3.1.1 溶液pH对DNA裂解的影响83-84
• 5.3.1.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响84-85
• 5.3.1.3 反应时间对DNA裂解的影响85-86
• 5.3.1.4 DNA裂解的动力学研究86-87
• 5.3.1.5 剪切DNA的机理研究87-89
• 5.3.2 具有羟基丙基支链的四氧二氮杂冠醚过渡金属配合物催化水解DNA的研究89-93
• 5.3.2.1 溶液pH对DNA裂解的影响89
• 5.3.2.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响89-90
• 5.3.2.3 反应时间对DNA裂解的影响90-91
• 5.3.2.4 剪切DNA的反应机理研究91-93
• 5.4 结论93-95
• 6 具有羧乙基支链的氮杂冠醚金属配合物催化水解DNA的研究95-105
• 6.1 引言95
• 6.2 实验部分95-100
• 6.2.1 主要仪器95
• 6.2.2 主要试剂95-96
• 6.2.3 配体 1,4,10,13-四氧杂-7,16-二氮杂环十八烷（L）的合成96
• 6.2.4 具有羧乙基支链的二氮杂18冠-6 配体（L4）的合成96
• 6.2.5 金属配合物的化学计量学研究96-99
• 6.2.5.1 紫外光谱分析法96-97
• 6.2.5.2 荧光光谱分析法97-99
• 6.2.6 DNA裂解实验99-100
• 6.3 结果与讨论100-103
• 6.3.1 具有羧乙基支链的四氧二氮杂冠醚稀土金属配合物催化水解DNA的研究100-103
• 6.3.1.1 溶液pH对DNA裂解的影响100
• 6.3.1.2 金属配合物浓度对DNA裂解的影响100-101
• 6.3.1.3 反应时间对DNA裂解的影响101-102
• 6.3.1.4 剪切DNA的机理研究102-103
• 6.4 结论103-105
• 7 总结与展望105-107
• 7.1 总结105-106
• 7.2 展望106-107
• 致谢107-109
• 参考文献109-117
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果117-121

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