专一性检测半胱氨酸的荧光探针设计合成及生物应用研究

【摘要】：细胞内含巯基小分子,如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH),在维持生命体系过程中起着关键作用。利用荧光探针技术在生物体内高灵敏性和选择性地识别某种硫醇,对了解生物硫醇的代谢机制和生理功能具有重要的应用价值。然而,由于这些硫醇相似的结构和反应活性对相关探针的发展构成了极大的挑战。本文设计合成了三个特异性识别Cys的荧光探针,并对其性质及应用进行了一系列的研究工作。本文分为三章:第一章主要介绍了荧光探针的定义、组成及主要机理,阐述了硫醇小分子在生命过程中的作用,综述了检测这些硫醇小分子的荧光探针的种类及发展。第二章主要提出了一种五元杂环调控丙烯酸酯识别团来提高探针识别性能的策略,并在理论计算指导下,筛选出五元-氧族(O,S)-杂环荧光探针F-O和F-S,成功合成出并表征了它们的化学结构,系统的研究并分析了探针F-O和F-S的光学性质、识别机理及生物应用。探针F-O和F-S成功应用于活细胞中内源性Cys的检测,并成功实现了在小鼠体内识别Cys的荧光成像,最重要的是,该探针首次被成功应用于扑热息痛诱导恶化肌肉减少症机制的研究中,直观可视化的监测长期进行扑热息痛治疗的老年大鼠中Cys的分布与含量变化。第三章主要设计合成了一个结构对称的罗丹明类检测Cys的荧光探针Rh-CA,并表征了它们的化学结构,系统的研究并分析了Rh-CA探针的光学性质、识别机理、理论计算及生物应用。探针具有合成简单、选择性好、pH选择范围广、裸眼检测等优点。成功地实现在活细胞和小鼠活体中识别Cys,具有潜在的生物应用前景。总之,本文设计开发了一系列检测Cys的荧光探针,并对其结构、性质及其应用做了系统的阐述与分析,为以后的Cys荧光探针的设计提供思路。