靶向核酸高级结构的荧光探针设计合成及应用研究

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1、中图分类号：O65论文编号：2017304051UDC：密级：公开硕士学位论文靶向核酸高级结构的荧光探针设计合成及应用研究作者姓名：孙鑫学科名称：化学工程与技术研究方向：分析检测与污染控制学习单位：华北理工大学学习时间：2.5年提交日期：2017年12月04日申请学位类别：工学硕士导师姓名：张秀凤教授单位：华北理工大学化学工程学院论文评阅人：杜立波副研究员单位：中国科学院化学研究所李跃华副教授单位：华北理工大学论文答辩日期：2018年03月02日答辩委员会主席：刘大成教授关键词：核酸；G-四链体；硫磺素T；ThT-E；荧光探针唐山华北理工大学2018年3月Design,Synthes

2、isandApplicationofTargetingFluorescenceProbeforAdvancedStructureofNucleicAcidDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringbySunXin(ChemicalEngineeringandTechnology)Supervisor:ProfessorZhangXiufengM

3、arch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：2018年3月9日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部

4、分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：2018年3月9日签字日期：2018年3月9日摘要摘要G-四链体（G-quadruplex）是由富含鸟嘌呤碱基的核酸序列在钾、钠等金属离子诱导下在溶液中形成的一种特殊的核酸二级结构。这种结构广泛的分布在人体基因组和转录组中，对基因表达、转录调控等具有重要作用。研究中新设计并合成了对G-四链体结构具有高特异性、高灵敏度识别能力的分子探针，并通过多种方法研究了其对G-四链体的识别作用，为G-四链体结构和生理功能的研究奠定了基础。此外

5、，基于探针对G-四链体的特异性识别，构建了一款高选择性免标记的钾离子荧光检测探针。主要研究如下：1）基于硫磺素T和G-链体特异性识别探针的结构特点，结合分子模拟计算，新设计并通过一步反应合成了水溶性的荧光染料ThT-E。ThT-E分子与G-四链体相互作用时，其∆G值比硫磺素T分子与G-四链体结合时更小，同时ThT-E分子中苯并噻唑环和苯胺环间的夹角更小，分子平面化程度更高，更有利于探针对G-四链体结构的特异性识别。2）通过荧光光谱、紫外吸收光谱、圆二色光谱、凝胶电泳和等温滴定量热法等方法研究了ThT-E对G-四链体的特异性识别，并比较了ThT-E和硫磺素T与G-四链体间相互作用的区别

6、。结果表明，ThT-E探针能够与G-四链体发生强烈的相互作用，其荧光显著增强，而与其它核酸结构作用后，其荧光无显著变化。同硫磺素T相比，ThT-E对G-四链体的亲和力更高、选择性更好、对核酸的结构影响更小，更适合作为G-四链体识别探针。3）基于ThT-E分子对G-四链体和其它核酸结构的差异性响应，利用单价金属离子能够诱导鸟嘌呤碱基富裕的核酸序列形成G-四链体结构的性质，以钾离子为引发剂，DNA为识别基团，ThT-E为信号报告基团，设计了一款高选择性的钾离子浓度定量分析探针。该探针具有操作简单、特异性高、核酸免标记和样品体积小等优点，并应用于湖水和尿样中钾离子浓度分析。图40幅；表5个

7、；参80篇。关键词：核酸；G-四链体；硫磺素T；ThT-E；荧光探针分类号：O65-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractG-quadruplexes(G4s)arenon-canonicalnucleicacidssecondarystructureswhichareconsistedofguanine-richnucleotidesequencesinthepresenceofmonovalentcations.Thesestructureswi