有机小分子荧光探针的设计及其在活性硫氧组分检测中的应用
发布时间：2021-09-02 00:10
活性硫组分和活性氧组分对我们的生存至关重要,并且在一系列生理和病理过程中都起到了重要的作用,各种检测手段也应运而生。其中,分子荧光法作为一种新型的检测手段,拥有反应速度快、选择性强、可对分析物实现无损的原位检测等特点,在疾病的诊断和治疗中起到了越来越重要的作用,被广泛应用于生物学、临床医学、环境学以及众多交叉学科领域。本论文第一章简单介绍了分子荧光的产生机理以及一些常见活性氧组分（HClO/ClO-）和活性硫组分（H2S、Cys）的生理作用、检测方法和研究进展,阐述了常见反应型荧光探针测定这些检测物的机理并归纳总结了在该领域研究前沿的探针。第二章,设计了基于聚集诱导发光的小分子荧光探针,将丙烯酰氯与聚集诱导荧光团DPAS结合后形成丙烯酸酯,同时猝灭了DPAS的荧光。当半胱氨酸（Cys）一端的巯基与探针发生迈克尔加成后,另一端的氨基再迅速进攻羰基发生环化反应,并释放荧光基团,从而实现对半胱氨酸的测定。该探针具有较大的斯托克斯位移、较低的检测限、良好的选择性和抗干扰能力,可实现对细胞脂滴内半胱氨酸的靶向测定。第三章,将常见的染料亚甲基蓝和1,8-...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硫化氢在人体内的作用[1]
兰州大学硕士学位论文有机小分子荧光探针的设计及其在活性硫氧组分检测中的应用2图1-2哺乳动物系统中H2S的产生和代谢途径[2]Figure1-2BiochemicalpathwaysfortheproductionandmetabolismofH2Sinmammaliansystems[2]哺乳动物细胞中H2S的产生和代谢是由酶调节的，这些酶几乎分布在所有组织类型中，包括半胱氨酸裂解酶（CSE）和半胱氨酸合成酶（CBS），从而确保细胞中的半胱氨酸和同型半胱氨酸保持在适当的水平。含硫底物可以通过如图1-2所示的途径相互转化产生H2S。除CSE和CBS外，半胱氨酸氨基转移酶（CAT）和3-巯基丙酮酸硫转移酶（3-MST）的联合使用也能产生H2S[6]。研究发现，存在CSE缺陷的小鼠中出现了血压升高的症状[7]，而在敲除了CBS的小鼠中则出现了生长迟缓、心血管问题和低生存率的状况[8]。基于H2S强大的反应性，生物体已经发展出有效的手段来调节组织中的H2S浓度[9]。在过量的情况下，H2S是剧毒的，它与血红蛋白如细胞色素C氧化酶结合，可破坏电子传递链[10]。在人体中，肠道内充满了能产生H2S的肠杆菌，是进行解毒的主要场所[11]。而在细胞层面上，线粒体的解毒作用是通过硫醌还原酶（SQR）、硫氰酸酶（RHOD）和硫代氧化酶（SDO）将H2S转化为亚硫酸盐和硫代硫酸盐而实现的。1.1.2硫醇生物硫醇（Thiols）是细胞中必不可少的分子，作为重要的抗氧化剂，在氧化应激过程中起着重要作用。生物硫醇主要包括半胱氨酸（Cystein,Cys）、同型半胱氨酸（Homocystein,Hcy）和谷胱甘肽（Glutathion,GSH），它们是可与金属离子结合和相互作用的螯合剂，也是信号传导的媒介。在生理系统中，含巯基氨基酸在细胞中具有不同的重要作用，如Cys和Hcy参与细胞生长，GSH在氧化还原稳态中起关键作用[12-13]。Cys缺乏可引?
兰州大学硕士学位论文有机小分子荧光探针的设计及其在活性硫氧组分检测中的应用41.3硫化氢的检测进展硫化氢具有很强的挥发性和反应性，研究活细胞、组织和整个动物体内的H2S含量，对更全面地理解这些存在时间短暂的化学物质如何在生理和病理过程中产生及发挥作用至关重要[21]。传统的分析技术，如比色法和气相色谱法为H2S的测定提供了有效的支持，但是这些方法难以用于高选择性灵敏地检测活细胞和组织中H2S的生成。为了应对这一挑战，研究者基于对分子结构及其功能的了解，开发设计并合成了生物兼容的反应型荧光探针用于生命系统中H2S的高灵敏、高选择性检测[22]。硫化氢是最小的硫醇，可以作为简单的还原剂，也可以作为有机化学中的亲核试剂以实现多种转化。H2S的pKa1值为6.88，这意味着在正常生理pH的水溶液中超过三分之二的H2S以HS-阴离子形式存在，是一个良好的亲核试剂[23]。基于H2S在有机和分析化学中的典型应用，为开发灵敏度高和选择性好的检测活性硫组分的探针提供了基矗近些年来发展的反应型H2S荧光探针主要基于叠氮化物的还原、亲核反应和硫化铜沉淀这几种策略来实现对H2S的测定。1.3.1基于H2S的还原性设计的探针图1-3基于叠氮还原机理检测H2S示意图Figure1-3Mechanismbasedonthereductionofarylazidestoamines由于叠氮基团和氨基在吸供电子能力上的明显差异，基于叠氮基团还原成氨基的机理，叠氮基团被引入到了各种荧光团上，如图1-4中的香豆素（1-2）[24-25]、NBD（3）[26]、二氰甲基二氢呋喃（4）[27]、BOIPY（5）[28]等。这些以叠氮为识别基团的探针在与H2S响应后转化为氨基，导致了ICT或者PET现象，从而释放了荧光。
本文编号：3377915
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
硫化氢在人体内的作用[1]
兰州大学硕士学位论文有机小分子荧光探针的设计及其在活性硫氧组分检测中的应用2图1-2哺乳动物系统中H2S的产生和代谢途径[2]Figure1-2BiochemicalpathwaysfortheproductionandmetabolismofH2Sinmammaliansystems[2]哺乳动物细胞中H2S的产生和代谢是由酶调节的，这些酶几乎分布在所有组织类型中，包括半胱氨酸裂解酶（CSE）和半胱氨酸合成酶（CBS），从而确保细胞中的半胱氨酸和同型半胱氨酸保持在适当的水平。含硫底物可以通过如图1-2所示的途径相互转化产生H2S。除CSE和CBS外，半胱氨酸氨基转移酶（CAT）和3-巯基丙酮酸硫转移酶（3-MST）的联合使用也能产生H2S[6]。研究发现，存在CSE缺陷的小鼠中出现了血压升高的症状[7]，而在敲除了CBS的小鼠中则出现了生长迟缓、心血管问题和低生存率的状况[8]。基于H2S强大的反应性，生物体已经发展出有效的手段来调节组织中的H2S浓度[9]。在过量的情况下，H2S是剧毒的，它与血红蛋白如细胞色素C氧化酶结合，可破坏电子传递链[10]。在人体中，肠道内充满了能产生H2S的肠杆菌，是进行解毒的主要场所[11]。而在细胞层面上，线粒体的解毒作用是通过硫醌还原酶（SQR）、硫氰酸酶（RHOD）和硫代氧化酶（SDO）将H2S转化为亚硫酸盐和硫代硫酸盐而实现的。1.1.2硫醇生物硫醇（Thiols）是细胞中必不可少的分子，作为重要的抗氧化剂，在氧化应激过程中起着重要作用。生物硫醇主要包括半胱氨酸（Cystein,Cys）、同型半胱氨酸（Homocystein,Hcy）和谷胱甘肽（Glutathion,GSH），它们是可与金属离子结合和相互作用的螯合剂，也是信号传导的媒介。在生理系统中，含巯基氨基酸在细胞中具有不同的重要作用，如Cys和Hcy参与细胞生长，GSH在氧化还原稳态中起关键作用[12-13]。Cys缺乏可引?
兰州大学硕士学位论文有机小分子荧光探针的设计及其在活性硫氧组分检测中的应用41.3硫化氢的检测进展硫化氢具有很强的挥发性和反应性，研究活细胞、组织和整个动物体内的H2S含量，对更全面地理解这些存在时间短暂的化学物质如何在生理和病理过程中产生及发挥作用至关重要[21]。传统的分析技术，如比色法和气相色谱法为H2S的测定提供了有效的支持，但是这些方法难以用于高选择性灵敏地检测活细胞和组织中H2S的生成。为了应对这一挑战，研究者基于对分子结构及其功能的了解，开发设计并合成了生物兼容的反应型荧光探针用于生命系统中H2S的高灵敏、高选择性检测[22]。硫化氢是最小的硫醇，可以作为简单的还原剂，也可以作为有机化学中的亲核试剂以实现多种转化。H2S的pKa1值为6.88，这意味着在正常生理pH的水溶液中超过三分之二的H2S以HS-阴离子形式存在，是一个良好的亲核试剂[23]。基于H2S在有机和分析化学中的典型应用，为开发灵敏度高和选择性好的检测活性硫组分的探针提供了基矗近些年来发展的反应型H2S荧光探针主要基于叠氮化物的还原、亲核反应和硫化铜沉淀这几种策略来实现对H2S的测定。1.3.1基于H2S的还原性设计的探针图1-3基于叠氮还原机理检测H2S示意图Figure1-3Mechanismbasedonthereductionofarylazidestoamines由于叠氮基团和氨基在吸供电子能力上的明显差异，基于叠氮基团还原成氨基的机理，叠氮基团被引入到了各种荧光团上，如图1-4中的香豆素（1-2）[24-25]、NBD（3）[26]、二氰甲基二氢呋喃（4）[27]、BOIPY（5）[28]等。这些以叠氮为识别基团的探针在与H2S响应后转化为氨基，导致了ICT或者PET现象，从而释放了荧光。
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