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《上海交通大学》 2013年
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绿色荧光蛋白生色团的荧光增强及其在细胞成像中的应用

王国建  
【摘要】:绿色荧光蛋白(GFP)具有特殊结构,在受到蓝光或紫外线刺激时可以发射绿色荧光,并不需要任何协同因子、底物,因此自发现以来就受到人们的极大关注。由于其荧光稳定,检测简单,结果真实可靠,并且对光漂白、氧化剂、还原剂以及其他许多化学试剂具有极强的稳定性,易于构建载体,因此适合用作普遍的报告标记,尤其适合于活体细胞或组织。目前,GFP已经广泛应用于基因表达标记、蛋白质定位、生物传感器、分子生物学、生物探针和生物成像等领域。 GFP的发光机理可简要描述为:GFP通过折叠促使内部三个氨基酸形成生色团,同时折叠链通过分子内氢键使GFP形成筒状结构而生色团被束缚在中间。由于生色团分子自由旋转被限制,从而表现出强烈的荧光。如果这种结构解组装,则GFP的荧光非常微弱。从本质上讲,GFP荧光增强是因为蛋白分子从低级结构形成筒状结构时内部生色团自由旋转受到限制,因此可以认为GFP通过分子自组装增强了自身的荧光性能。 为了模拟GFP的发光过程,本文首先通过2,3-环加成法合成了GFP生色团分子,并根据需要对其中一个生色团分子末端羟基进行了丙烯酰化和甲基丙烯酰化的修饰。对所得大部分中间体和所有产物进行了核磁、高分辨质谱以及红外的表征,并对所有数据进行了详细分析。所得核磁数据和质谱数据都证明了相应中间体或产物的结构及分子量,红外数据进一步证明了其结构。 然后通过合成的聚乙二醇大分子引发剂引发甲基丙烯酸甲酯进行原子转移自由基聚合,获得了不同分子量的两亲性嵌段聚合物,核磁、红外、凝胶渗透色谱等证明了合成产物的结构。然后根据GFP的发光原理,将合成的两亲性聚乙二醇-b-聚甲基丙烯酸甲酯与生色团进行自组装形成纳米粒子,并用动态光散射和透射电镜表征了其尺寸及结构。聚合物与生色团组成的纳米粒子模拟了GFP生色团的发光,并被成功地用于细胞成像。光学性能的表征证明了对GFP发光的成功模拟,而细胞成像则验证了其应用。由于两亲性聚合物合成的可设计性、分子量和链段的可调控性、组装体制备的简便性,使得通过聚合物自组装包覆生色团进行成像有良好的应用前景。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:Q2-33

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