熒光增強型杯[4]芳烴及卟啉衍生物與蛋白質、金屬離子相互作用的光譜研究.pdf

1、超分子化學是一門處于現(xiàn)代化學、材料科學和生命科學交匯點的新興學科，三十多年來發(fā)展迅猛，方興未艾。它使化學工作者的研究視野由單個分子拓展至分子組裝體，為新物質與新材料的研究拓展了嶄新的空間。
　　超分子作用的核心特征是分子識別。它不僅是分子組裝的基礎，同時對于理解和揭示高級特異性生物過程，如酶或受體與底物的結合、抗原和抗體的作用、神經信號傳導和細胞識別等生命現(xiàn)象具有重要意義。本論文從超分子作用的視角，運用紫外光譜法、熒光光譜法為主要

2、手段，結合傅立葉變換紅外光譜法、圓二色譜法、核磁共振譜及分子模擬技術，研究了(1)兩親的meso-四(4-羥基苯基)卟啉與人血清白蛋白的相互作用;(2)兩類杯[4]芳烴分子（單層水溶性磺化杯[4]芳烴和多層熒光增強型杯[4]芳烴）與蛋白質、有機分子和金屬離子的結合作用。
　　第一章杯芳烴以其獨特的結構和易于衍生化等特點而成為繼冠醚和環(huán)糊精之后的第三代超分子主體化合物。本章簡介了杯芳烴的結構、特點，并對杯芳烴及其衍生物在蛋白質、金屬

3、離子和有機分子識別領域的研究進行了綜述。此外，本章簡要介紹了卟啉分子與蛋白質相互作用的研究進展。
　　第二章采用熒光光譜、紫外吸收光譜為主要手段，結合傅立葉變換紅外光譜、圓二色譜及分子模擬技術研究了meso-四(4-羥基苯基)卟啉(THPP)與人血清白蛋白(HSA)的結合作用。熒光光譜和紫外吸收光譜表明meso-四(4-羥基苯基)卟啉(THPP)與人血清白蛋白(HSA)發(fā)生結合作用，疏水作用是主要的結合驅動力，聚集作用是影響二者親

4、和力的重要因素之一?；诟Ｋ固毓舱衲芰哭D移理論求得兩者之間的距離約為4nm。傅立葉變換紅外光譜和圓二色譜法顯示meso-四(4-羥基苯基)卟啉的結合引起人血清白蛋白構象的變化，使得α-螺旋的含量減少。利用分子模擬探討了結合模式，即meso-四(4-羥基苯基)卟啉借助疏水作用部分插入到亞域ⅢA(SubdomainⅢA)的結合位點Ⅱ(SiteⅡ)。
　　第三章運用紫外吸收光譜和熒光光譜法，研究了meso-四(4-N-甲基吡啶基)卟啉(

5、TMPyP)與水溶性磺化杯[4]芳烴(pTSC)、磺丁醚-β-環(huán)糊精(SBE-β-CD)分別在pH0.8和pH7.0條件下的結合作用。由光譜法結果分析得出pTSC、SBE-β-CD與TMPyP的結合作用分別為外部靜電結合與疏水包結作用。進而利用NMR和靜電勢分析方法闡明了其作用機理。利用pH0.8條件下，磺化杯[4]芳烴和磺丁醚-β-CD環(huán)糊精對質子化的H4TMPyP6+型體和中性H2TMPyP4+型體之間動態(tài)平衡的不同取向的拉動作用，

6、首次得到質子化的TMPyP與pTSC的穩(wěn)定結合物，同時發(fā)現(xiàn)，SBE-β-CD仍然優(yōu)先與TMPyP的中性型體結合。此外，通過β-CD系列衍生物的比較研究，證實了SBE-β-CD上的負電協(xié)同效應，結合作用的強弱順序與負電基團的電性強弱順序相一致，即磺丁醚β-環(huán)糊精(SBE-β-CD)＞羧甲基-β-環(huán)糊精(CM-β-CD)＞羥丙基β-環(huán)糊精(HP-β-CD)＞β-環(huán)糊精(β-CD)。通過非線性擬合及Benesi-Hildebrand方程求得磺

7、化杯[4]芳烴(pTSC)、磺丁醚-β-環(huán)糊精(SBE-β-CD)與TMPyP的結合常數(shù)，兩種主體分子均以1∶1的結合模式與TMPyP結合。
　　第四章借助熒光光譜法研究了三種杯[4]芳烴衍生物，即四羧苯基杯[4]芳烴(TCPC)、1，3-二羧苯基杯[4]芳烴(BCPC)和四苯基杯[4]芳烴(TPC)與細胞色素c在DMF溶劑中的相互作用。其結合親和力的強弱順序為TCPC＞BCPC＞＞TPC，反映了對羧基數(shù)目的顯著依賴性，表明靜電作

8、用可能是結合物形成的主導性驅動力。TCPC及BCPC與細胞色素c形成的結合物的結合常數(shù)分別為3.15×106 Lmol-1和5.85×105 Lmol-1。由于TCPC的發(fā)射光譜與細胞色素c的吸收光譜有重疊，并且二者的作用距離為5.6 nm，因此，有效的能量轉移是發(fā)生熒光猝滅的原因。分子模擬揭示了結合物形成的可能機理，即靜電作用驅動TCPC或BCPC至細胞色素c表面，而范德華作用使之平行取向于細胞色素c的疏水裂隙。
　　第五章以熒

9、光光譜法、紫外光譜法研究了上緣苯環(huán)擴展的杯[4]冠-4系列衍生物的光譜特征及其與金屬離子的結合作用。研究結果表明:(1)隨著杯[4]冠-4由單層增加至四層，其上緣空穴加深，熒光強度增強;(2)金屬離子的結合可引起三層和四層杯[4]冠-4的熒光改變，對單層和雙層杯[4]冠-4則無穩(wěn)定的熒光變化;(3)在雙層杯[4]冠-4上緣引入取代基團(R=-CH3，-F或-CN)后，可引起雙層杯[4]冠-4母體的熒光發(fā)生不同程度的改變。但金屬離子的結合

10、對取代前后的雙層杯[4]冠-4均不能引起穩(wěn)定的熒光變化。
　　第六章通過熒光光譜法初步研究了上緣羧苯基修飾、下緣多醚鏈取代的杯[4]芳烴對Cu2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+、Fe3+、Ag+、Zn2+、Ca2+、Mg2+和Na+的選擇性識別作用。利用靜態(tài)猝滅公式和非線性擬合法計算了結合常數(shù)，通過等摩爾連續(xù)變化法測定了結合比。結果表明，該取代杯[4]芳烴對Cu2+、Pb2+有較高的選擇性識別能力，形成配合物的結合比為1∶2，而其