5-卤素胞苷及DNA体系的超快激发态动力学研究
发布时间：2021-02-09 14:53
作为表观遗传信号,甲基化的胞嘧啶被证明在基因调控中具有重要作用,通常被称为“DNA的第五个碱基”。5-卤素胞苷是生物体内源性损伤产物之一,在核酸甲基化过程中表现出非常重要的生物学功能。然而,卤素取代对标准核苷激发态的影响并未引起太多关注。针对现有工作的不足,我们在这篇论文中研究了5-氟胞苷,5-氯胞苷和5-溴胞苷的激发态动力学。295 nm激发后形成了亚皮秒范围衰减的局域激发态,以及几皮秒到数十皮秒的分子内电荷转移态。我们的结果详尽地阐明了5-卤素胞苷中的激发态弛豫途径,为该类分子在后续的DNA或蛋白质体系中的应用提供了坚实的理论基础。接着我们将科研目光转向更大的分子体系——多聚物poly（C）。我们在胞嘧啶二聚以及多聚物中,通过改变激发波长观察到两个不同的非辐射衰减途径。第一条通道包括两个明亮的电子态（?）,第二条为较低能量的（?）态和尚未实验确定的长寿命态。最后,我们选取了d（GC）9·d（GC）9短链对其激发态动力学进行研究。结果表明,无论是常见的B型DNA,还是骨架结构独特的Z型DNA,吸收紫外光子后均展现出了相似的PCET光谱信息。...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DNA/RNA中核酸碱基结构
华东师范大学硕士学位论文第3页苷酸的已有研究成果指引着人们将目光转向更大的分子体系——配对DNA碱基(BasePairs)、堆叠式DNA碱基(StackedBases)、单链及双链[30-33]。对于通过氢键配对的碱基对来说，其激发和弛豫过程除包含单体碱基中存在的过程以外，还可以通过沿氢键的质子转移(ProtonTransfer,PT)发生超快的内转换行为[34]。而对于堆叠式碱基，由于两个碱基间的相互作用，其激发状态具有很强的电荷转移(ChargeTransfer,CT)特征。通常来说，如果堆叠的两个碱基相同，我们称此状态为准分子(Excimer)，反之称为激基复合物(Exciplex)[30,35]。因此，当碱基有序地排列在DNA特殊的双螺旋结构中时，链内的电荷转移(ChargeTransfer,CT)以及准分子/激基复合物无处不在，这意味着，DNA沿链骨架方向上的电荷分离可以耦合配对碱基对中质子转移存在。这种存在于DNA双链中的质子耦合电子转移(Proton-CoupledElectronTransfer,PCET)可以由紫外辐射触发[6,36,37]。在生物体内，光动力学过程变得更加复杂。除上述这些过程外，各种生化机制也在起作用，包括酶切和嘧啶二聚体的光修复等等[38]。基于以上的调研，探究DNA碱基类似物及其单双链的激发态动力学不仅为光与物质相互作用这一领域提供理论基础，同时对辅助生物科研工作具有重大意义。图1.2配对碱基、堆叠式碱基及DNA单双链
华东师范大学硕士学位论文第4页1.2卤素取代胞苷概述1.2.1卤素取代碱基简介在众多DNA和RNA碱基衍生物中，嘌呤类的碱基取代位点一般是嘌呤环的8号位，而嘧啶类的取代位点一般为5号位及6号位，例如，本课题组已经发表的成果——8号位氮杂腺嘌呤，5号位甲基胞嘧啶，5号位氮杂胞嘧啶以及6号位氮杂胸腺嘧啶等[39-41]。类似地，5号位卤素取代胞嘧啶即为将嘧啶环的5号位氢原子用三种卤素原子替代。当嘧啶环一号位的氢原子被核糖基团取代后，我们称其为5号位卤素取代胞苷。图1.3为5-氟胞苷（5-FCyd）、5-氯胞苷（5-ClCyd）和5-溴胞苷（5-BrCyd）的分子结构式。图1.35号位用三种卤素原子取代的胞苷结构式近年来，很多研究表明，DNA甲基化在哺乳动物的生长发育中具有重要的作用。其中，最常见的甲基化发生位点就是胞嘧啶的5号位。作为一种表观遗传信号，甲基化嘧啶在DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式等基因调控过程中发挥着重要作用，也与皮肤肿瘤等疾病相关[42-44]。因此，基于其在表观遗传学中的重要性，5-甲基胞嘧啶被称为“DNA的第五个碱基”。研究表明，C5位置的甲基化不仅可以调节基因表达，而且明显改变了胞嘧啶的激发态过程，即延长了激发态寿命近7倍。同时，环丁烷-嘧啶二聚体（CPD）形成的量子产率也有增加的趋势[45-48]。
本文编号：3025805
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DNA/RNA中核酸碱基结构
华东师范大学硕士学位论文第3页苷酸的已有研究成果指引着人们将目光转向更大的分子体系——配对DNA碱基(BasePairs)、堆叠式DNA碱基(StackedBases)、单链及双链[30-33]。对于通过氢键配对的碱基对来说，其激发和弛豫过程除包含单体碱基中存在的过程以外，还可以通过沿氢键的质子转移(ProtonTransfer,PT)发生超快的内转换行为[34]。而对于堆叠式碱基，由于两个碱基间的相互作用，其激发状态具有很强的电荷转移(ChargeTransfer,CT)特征。通常来说，如果堆叠的两个碱基相同，我们称此状态为准分子(Excimer)，反之称为激基复合物(Exciplex)[30,35]。因此，当碱基有序地排列在DNA特殊的双螺旋结构中时，链内的电荷转移(ChargeTransfer,CT)以及准分子/激基复合物无处不在，这意味着，DNA沿链骨架方向上的电荷分离可以耦合配对碱基对中质子转移存在。这种存在于DNA双链中的质子耦合电子转移(Proton-CoupledElectronTransfer,PCET)可以由紫外辐射触发[6,36,37]。在生物体内，光动力学过程变得更加复杂。除上述这些过程外，各种生化机制也在起作用，包括酶切和嘧啶二聚体的光修复等等[38]。基于以上的调研，探究DNA碱基类似物及其单双链的激发态动力学不仅为光与物质相互作用这一领域提供理论基础，同时对辅助生物科研工作具有重大意义。图1.2配对碱基、堆叠式碱基及DNA单双链
华东师范大学硕士学位论文第4页1.2卤素取代胞苷概述1.2.1卤素取代碱基简介在众多DNA和RNA碱基衍生物中，嘌呤类的碱基取代位点一般是嘌呤环的8号位，而嘧啶类的取代位点一般为5号位及6号位，例如，本课题组已经发表的成果——8号位氮杂腺嘌呤，5号位甲基胞嘧啶，5号位氮杂胞嘧啶以及6号位氮杂胸腺嘧啶等[39-41]。类似地，5号位卤素取代胞嘧啶即为将嘧啶环的5号位氢原子用三种卤素原子替代。当嘧啶环一号位的氢原子被核糖基团取代后，我们称其为5号位卤素取代胞苷。图1.3为5-氟胞苷（5-FCyd）、5-氯胞苷（5-ClCyd）和5-溴胞苷（5-BrCyd）的分子结构式。图1.35号位用三种卤素原子取代的胞苷结构式近年来，很多研究表明，DNA甲基化在哺乳动物的生长发育中具有重要的作用。其中，最常见的甲基化发生位点就是胞嘧啶的5号位。作为一种表观遗传信号，甲基化嘧啶在DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式等基因调控过程中发挥着重要作用，也与皮肤肿瘤等疾病相关[42-44]。因此，基于其在表观遗传学中的重要性，5-甲基胞嘧啶被称为“DNA的第五个碱基”。研究表明，C5位置的甲基化不仅可以调节基因表达，而且明显改变了胞嘧啶的激发态过程，即延长了激发态寿命近7倍。同时，环丁烷-嘧啶二聚体（CPD）形成的量子产率也有增加的趋势[45-48]。
本文编号：3025805
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