胆色素荧光蛋白的分子机理和超快动力学研究

发布时间：2022-09-29 17:09

　　荧光标记技术实现了对细胞、组织及活体的动态可视化研究,为现代生物学、现代医学等生命科学领域的发展起到了极大的推进作用。荧光蛋白（FP）作为标记技术的核心,需具备优良的光谱特性以及广阔的应用范围。近年来,基于线性四吡咯结构的胆色素荧光蛋白成为了目前荧光标记技术大力发展的新方向。一方面,由于这类荧光蛋白的发色团胆红素（BR）或胆绿素（BV）属于细胞内源性产物,所以它们在动物细胞内表达和成像时具有不依赖氧气、不产生过氧化氢、成熟周期短等优点;另一方面,基于胆绿素的荧光蛋白的荧光发射处于具有低背景干扰的近红外光学成像窗（650-900 nm）,非常适用于活体组织的深度成像。但由于胆色素荧光蛋白的发展处于起步阶段,人们对此类荧光蛋白有关光物理性质的认知和研究还远不如传统GFP。为了更好地理解胆色素荧光蛋白的发光机理并促进此类荧光蛋白的发展,论文采用了多种稳态光谱技术和超快时间分辨光谱技术,研究了三种不同来源的胆色素荧光蛋白的分子机理和激发态动力学,揭示了它们的时间分辨光谱特性以及得到了影响其荧光量子产率的重要因素。论文的研究结果为后续更好地发展光谱性质更加优异的胆色素荧光蛋白以及开发各种功能性的... 

【文章页数】：257 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 胆色素及目前发展的胆色素荧光蛋白
        1.1.2 人体内的胆色素
    1.2 目前研究现状
    1.3 研究内容和创新点
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 创新点
    1.4 论文安排
第二章 理论基础和实验方法
    2.1 理论基础及基本原理
        2.1.1 吸收和荧光
        2.1.2 时间分辨光谱
        2.1.3 化学反应动力学
        2.1.4 速率常数以及Stickler-Berg方程
    2.2 实验系统及测量方法
        2.2.1 紫外可见分光光度计
        2.2.2 稳态荧光光谱仪
        2.2.3 皮秒时间相关单光子计数系统
        2.2.4 飞秒荧光上转换系统
        2.2.5 飞秒瞬态吸收光谱仪
    2.3 数据分析方法
        2.3.1 荧光量子产率计算
        2.3.2 反应模型以及动力学方程
        2.3.3 时间分辨荧光寿命拟合及DAS
        2.3.4 瞬态吸收全局拟合以及数据分析方法
    2.4 样品准备
        2.4.1 样品和试剂
        2.4.2 氘代胆红素的制备
        2.4.3 荧光蛋白的准备
第三章 胆红素在溶液中的激发态动力学
    3.1 胆红素在各种溶剂中的性质及稳态光谱
        3.1.1 胆红素在溶剂中的溶解性
        3.1.2 胆红素在各溶液中的稳态光谱
        3.1.3 胆红素在碱性水溶液中的二聚
        3.1.4 胆红素在碱性水溶液中的不稳定性
        3.1.5 胆红素在有机溶剂中的光氧化
    3.2 胆红素在各溶剂中的超快激发态动力学
        3.2.1 胆红素在各溶剂中的飞秒瞬态吸收光谱
        3.2.2 胆红素在各溶剂中的全局拟合
    3.3 胆红素的TD-DFT理论计算
        3.3.1 胆红素在三种情况下的分子结构
        3.3.2 胆红素在不同构型下的分子前线轨道
    3.4 胆红素在激发态的扭转
        3.4.1 胆红素在碱性水溶液和甘油混合溶剂中的性质
        3.4.2 胆红素在DMSO和甘油混合溶剂中的性质
    3.5 胆红素在激发态的质子转移
        3.5.1 氘代胆红素在各溶剂中的稳态吸收
        3.5.2 氘代胆红素在各溶剂中的瞬态吸收光谱
    3.6 胆红素在溶剂中的动力学模型
    3.7 本章小结
第四章 胆红素与物质的相互作用
    4.1 胆红素与环糊精的相互作用
        4.1.1 环糊精对胆红素光谱性质的影响
        4.1.2 分析与小结
    4.2 胆红素与奎宁的相互作用
        4.2.1 胆红素与奎宁在不同有机溶剂中相互作用的强度
        4.2.2 奎宁对胆红素光谱性质的影响
        4.2.3 奎宁对胆红素激发态动力学的影响
        4.2.4 分析与小结
    4.3 胆红素与人血清蛋白的相互作用
        4.3.1 胆红素在人血清蛋白中的基本特性
        4.3.2 胆红素在人血清蛋白中的时间分辨光谱
        4.3.3 人血清蛋白和Z,E-胆红素复合物的晶体结构
        4.3.4 分析与小结
    4.4 胆红素与金属离子的相互作用
        4.4.1 胆红素与各种金属离子的结合情况
        4.4.2 胆红素与锌离子混合物的光谱特性
        4.4.3 胆红素与锌离子的结合方式
        4.4.4 胆红素与锌离子的应用性分析
        4.4.5 分析与小结
    4.5 本章小结
第五章 胆红素在绿色荧光蛋白Una G中的激发态动力学
    5.1 野生型UnaG(wt-UnaG)的动力学和分子机理
        5.1.1 wt-UnaG的稳态光谱
        5.1.2 wt-UnaG的时间分辨光谱
        5.1.3 wt-UnaG中的质子转移过程
        5.1.4 wt-UnaG的激发态动力学模型
        5.1.5 wt-UnaG的晶体结构及分子机理
    5.2 直接作用位点突变的UnaG-N57A突变体的动力学和分子机理
        5.2.1 UnaG-N57A突变体的稳态光谱
        5.2.2 UnaG-N57A突变体的时间分辨光谱
        5.2.3 UnaG-N57A突变体的质子转移过程
        5.2.4 UnaG-N57A突变体的激发态动力学模型
        5.2.5 UnaG-N57A突变体的晶体结构及分子机理
    5.3 非直接作用位点突变的UnaG突变体的光物理性质
        5.3.1 UnaG-V2L突变体的光学性质
        5.3.2 UnaG-E95D突变体的光学性质
        5.3.3 结果与讨论
    5.4 本章小结
第六章 胆绿素在两种近红外荧光蛋白中的激发态动力学
    6.1 来自细菌光敏色素的近红外荧光蛋白miRFP670 的激发态动力学
        6.1.1 miRFP670 的稳态光学性质
        6.1.2 miRFP670 的时间分辨光谱
        6.1.3 miRFP670 的质子转移
        6.1.4 miRFP670 的激发态动力学模型
        6.1.5 miRFP670 的晶体结构
    6.2 来自蓝藻别藻蓝蛋白的近红外荧光蛋白smURFP的激发态动力学
        6.2.1 smURFP的稳态光学性质
        6.2.2 smURFP的时间分辨光谱
        6.2.3 smURFP的质子转移
        6.2.4 smURFP质子态的均一性
        6.2.5 smURFP的激发态动力学模型
        6.2.6 smURFP-Y56R的晶体结构
    6.3 不同近红外荧光蛋白的对比
        6.3.1 荧光蛋白的辐射跃迁速率与非辐射跃迁速率
        6.3.2 荧光蛋白中胆绿素的结构
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
参考文献
作者简历
在学期间所取得的科研成果
后记


【参考文献】：
博士论文
[1]红移藻胆蛋白和光敏色素的研究及分子进化[D]. 缪丹.华中农业大学 2017



本文编号：3682978