荷电状态在肽与小牛胸腺DNA作用过程中的机理研究

发布时间：2017-04-22 22:06

  本文关键词：荷电状态在肽与小牛胸腺DNA作用过程中的机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：DNA是许多药物主要作用的靶,同时也是控制着细胞功能和结构表征的主要载体。由于在很多条件下,DNA可以和药物小分子之间发生结合的相互作用,影响DNA的双螺旋结构,因此,针对DNA的特性的研究可以为多种类型疾病的诊断和治疗提供一定的理论支持。氨基酸和小肽类药物,因其突出生化特性而成为目前临床上最广泛应用的一类药物。由于近几年来我国氨基酸类药物的高速发展,氨基酸及小肽类药物很可能会成为新型药物研发的新方向。与其他小分子药物相比,具有的高活性和高针对性特征的氨基酸和小肽类药物,已经成为了治疗各项人类疾病的过程中不可或缺的有效药物。最近的研究显示,针对氨基酸和小肽类药物的开发和研究,已经成为了生命科学和生物化学中一类热门的研究课题。但是,通过光谱学手段结合分子模拟技术作为主要研究方法,研究作为靶向药物的氨基酸和小肽类药物,在不同荷电状态下,与DNA之间相互作用机理和作用规律的报道并不多见。通过研究在不同荷电状态下,氨基酸和小肽类药物与DNA之间相互作用的作用机理和作用规律,可以帮助研发者更清晰的了解DNA与靶向药物小分子之间相互作用的构效关系和作用模式。为理解分子水平上的氨基酸和小肽类药物与DNA之间的作用机理及其作用规律,设计新型的特效DNA靶向药物,提供了理论支撑和实际应用指导。第一部分：利用光谱学手段(紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色谱等),以中性红(NR)为荧光探针,研究了带有不同数量正电荷的精氨酸(Arg)、赖氨酸(Lys)、组氨酸(His)、谷氨酸(Glu)与小牛胸腺DNA(ctDNA)之间相互作用的作用模式和作用规律。通过分析紫外-可见吸收光谱,荧光光谱,荧光猝灭机制和圆二色谱,可以得出结论,在pH为7.4时,小分子Arg, Lys, His通过静电作用与ctDNA发生结合,Arg, Lys, His通过改变了ctDNA的空间结构使DNA-NR体系发生了荧光猝灭；Glu通过改变溶液极性使DNA-NR体系荧光发生增敏,Glu与ctDNA发生了沟槽结合,并且氢键和范德华力是结合的主要作用力。通过各项实验结果的相互补充印证,证明了Arg分子中带正电的的胍基,Lys分子中带正电的氨基,His分子中带正电的氨基和咪唑基通过静电结合的方式与ctDNA结合。随着正电荷强度的减弱,氨基酸与DNA的结合作用也逐渐减弱。最后,在光谱学研究结果的基础上,利用AutoDock软件进行分子模拟对接,进一步证明了这一结论。第二部分：利用光谱学手段(紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色谱等),以中性红(NR)为荧光探针,结合分子模拟对接技术,在模拟人体生理条件的Tris-HC1缓冲溶液环境中研究了RL、HL、KL、WL四种二肽与ctDNA的相互作用,探讨了二者作用机理和作用规律。研究发现二肽小分子与ctDNA结合之后,DNA-NR体系的荧光发生了猝灭、紫外吸收光谱并未发生明显的减色和红移、圆二色谱发生了一定变化。通过分析荧光猝灭类型和紫外-可见吸收光谱谱图变化,可以初步得出结论：RL、KL、HL、WL与Ct DNA之间的结合方式符合沟槽模式特征。DNA热熔曲线实验则证明了RL、KL、HL、WL与ctDNA的相互作用并没有影响DNA的解链温度Tm,这一结果也与沟槽模式的结合特征相吻合。而最后的分子模拟对接结果则可以进一步证明,以上四种小肽与ctDNA之间结合过程的主要作用力为氢键和范德华力,主要作用模式是沟槽结合。二肽通过自身带的正电荷的基团(胍基、氨基、咪唑基等)与DNA带负电荷的磷酸骨架相互吸引,从而更容易形成氢键。第三部分：利用光谱学手段(紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、圆二色谱等)结合分子模拟技术,研究了RLW、HLW、KLW三肽与ct DNA之间的相互作用机理和作用规律。通过实验研究发现Ct DNA可以猝灭RLW, KLW, HLW的内源荧光,计算了不同温度下的猝灭系数和结合常数后,判断出静态猝灭是主要的猝灭方式。利用荧光发射光谱和紫外吸收光谱的研究结果证实沟槽结合是其主要结合模式,DNA变性实验则进一步证明了RLW, KLW, HLW与ctDNA之间主要通过沟槽模式结合,而离子强度实验则证明以上三种三肽与ctDNA之间还存在着静电作用。通过分子模拟方法可以证明RLW, KLW, HLW三肽主要在DNA的大沟区中发生沟槽结合,并且主要作用力为氢键与范德华力,与光谱学实验的实验结果也是一致的。
【关键词】：小牛胸腺DNA(ctDNA) 氨基酸 二肽 三肽 光谱方法
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R96
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 符号说明15-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 DNA与小分子的相互作用16-19
• 1.1.1 DNA的结构特征16-17
• 1.1.1.1 DNA的一级结构16
• 1.1.1.2 DNA 的二级结构16-17
• 1.1.1.3 DNA的三级结构17
• 1.1.2 小分子与DNA的相互作用模式17-19
• 1.1.2.1 共价结合17-18
• 1.1.2.2 剪切作用18
• 1.1.2.3 非共价作用18-19
• 1.2 氨基酸类药物19-20
• 1.2.1 我国氨基酸类药物的发展19
• 1.2.2 氨基酸的药用概况19-20
• 1.3 肽与蛋白质药物研究现状20-22
• 1.3.1 生物检定法21
• 1.3.2 免疫学方法21-22
• 1.3.3 同位素标记示踪法22
• 1.3.4 其他方法22
• 1.4 小分子与DNA相互作用的常用方法的研究进展22-24
• 1.4.1 紫外可见吸收光谱法22
• 1.4.2 荧光光谱22-23
• 1.4.3 圆二色谱法23
• 1.4.4 拉曼光谱法23
• 1.4.5 分子模拟技术23-24
• 1.4.6 其他研究方法24
• 1.5 本论文的研究意义及主要内容24-25
• 1.6 本论文的主要创新点25-26
• 第二章 不同荷电状态的氨基酸--精氨酸(Arg)、赖氨酸(Lys)、组氨酸(His)和谷氨酸(Glu)与ctDNA相互作用机理和作用规律的研究26-42
• 1 引言26-27
• 2 实验部分27-30
• 2.1 实验试剂27-28
• 2.2 实验仪器28
• 2.3 实验方法28-30
• 2.3.1 荧光光谱28-29
• 2.3.2 紫外-可见吸收光谱29
• 2.3.3 圆二色谱研究Arg,Lys,His,Glu对DNA构象的影响29
• 2.3.4 分子模拟29-30
• 3 结果与讨论30-40
• 3.1 紫外-可见吸收光谱30-31
• 3.1.1 Arg,Lys,His,Glu对ctDNA紫外吸收光谱的影响30-31
• 3.2 荧光光谱31-37
• 3.2.1 NR与DNA结合的荧光发射光谱31-32
• 3.2.2 Arg,Lys,His,Glu对DNA-NR体系作用的荧光光谱32-33
• 3.2.3 猝灭机理及结合常数33-37
• 3.3 圆二色性光谱37-38
• 3.4 分子模拟38-40
• 4 结论40-42
• 第三章 不同荷电状态的二肽--精氨酰-亮氨酸(Arg-Leu),赖氨酰-亮氨酸(Lys-Leu),组氨酰-亮氨酸(His-Leu),色氨酰-亮氨酸(Trp-Leu)与ctDNA相互作用机理和作用规律的研究42-58
• 1 引言42-43
• 2 实验部分43-46
• 2.1 实验试剂43-44
• 2.2 实验仪器44
• 2.3 实验方法44-46
• 2.3.1 紫外-可见吸收光谱44
• 2.3.2 荧光光谱44-45
• 2.3.3 圆二色性光谱45
• 2.3.4 分子模拟45-46
• 3 结果与讨论46-55
• 3.1 紫外-可见吸收光谱46-47
• 3.1.1 ctDNA对WR紫外吸收光谱的影响46-47
• 3.2 荧光光谱47-52
• 3.2.1 ctDNA对WL的荧光猝灭和RL、KL、HL对DNA-NR体系荧光猝灭47-49
• 3.2.2 猝灭机制及结合模式49-51
• 3.2.3 DNA熔解曲线实验及Tm值分析51-52
• 3.3 圆二色性光谱52-53
• 3.4 分子模拟53-55
• 4 结论55-58
• 第四章 不同荷电状态的三肽--精氨酰-亮氨酰-色氨酸(Arg--Leu-Trp),赖氨酰-亮氨酰-色氨酸(Lys-Leu-Trp),组氨酰-亮氨酰-色氨酸(His-Leu-Trp)与ctDNA相互作用机理和作用规律的研究58-72
• 1 引言58
• 2 实验部分58-61
• 2.1 实验试剂58-59
• 2.2 实验仪器59
• 2.3 实验方法59-61
• 2.3.1 紫外-可见吸收光谱59-60
• 2.3.2 荧光光谱60
• 2.3.3 圆二色性光谱60
• 2.3.4 分子模拟60-61
• 3 结果与讨论61-71
• 3.1 紫外-可见吸收光谱61-63
• 3.1.1 ctDNA对RLW,KLW,HLW紫外吸收光谱的影响61-63
• 3.2 荧光光谱63-68
• 3.2.1 ctDNA对RLW,KLW,HLW的荧光猝灭光谱63-64
• 3.2.2 猝灭机制及结合模式64-66
• 3.2.3 离子强度对荧光猝灭的影响66-67
• 3.2.4 DNA变性试验67-68
• 3.3 圆二色性光谱68-69
• 3.4 分子模拟69-71
• 4 结论71-72
• 第五章 全文总结与工作展望72-76
• 1 主要结论72-74
• 1.1 Arg、Lys、His、Glu与ctDNA相互作用机理的研究72
• 1.2 Arg-Leu、Lys-Leu、His-Leu、Trp-Leu与ctDNA相互作用机理的研究72-73
• 1.3 Arg-Leu-Trp、Lys-Leu-Trp、His-Leu-Trp与ctDNA相互作用机理的研究73-74
• 2 工作展望74-76
• 参考文献76-86
• 致谢86-88
• 硕士研究生期间发表的学术论文88-90
• 硕士研究生期间参与完成的科研项目90-91
• 附件91

【参考文献】

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本文编号：321349