【摘要】：多環(huán)芳烴(PAHs)被美國環(huán)保署(EPA)列為優(yōu)先控制的一類持久性有機污染物。由于具有致癌、致畸和致突變性,且普遍存在于污染土壤、水體和空氣中,PAHs的環(huán)境行為受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。眾多資料表明,PAHs能被生物有機體吸收并在組織間分配;PAHs與生物質(zhì)之間的相互作用已成為環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點之一。目前,物理作用支配下,在分子尺度上PAHs與生物質(zhì)間相互作用如何?該研究開始受到關(guān)注;其中,可否利用熒光分析技術(shù)來揭示DNA與PAHs之間的相互作用?國內(nèi)外相關(guān)資料仍很缺乏。本論文以菲和芘為PAHs代表物,利用熒光分析技術(shù)探究了 PAHs與DNA之間的相互作用及機制;利用熒光光譜分析技術(shù)和熒光猝滅滴定技術(shù),研究了不同酸度情況下(酸度影響DNA的質(zhì)子化過程)PAHs與DNA之間的結(jié)合規(guī)律,分析了質(zhì)子化反應(yīng)對DNA-PAHs結(jié)合能力的影響。主要研究結(jié)果如下:(1)利用熒光分析技術(shù),研究了 DNA與菲和芘之間的相互作用。兩種PAHs分別被DNA溶液滴定,通過激發(fā)-發(fā)射熒光矩陣光譜,測定了光譜強度變化和波長位移。結(jié)果證明,菲和芘能與DNA中堿基單元結(jié)合。然而,由于菲和芘之間的分子尺寸效應(yīng),兩者反應(yīng)的程度和機制存在差異。DNA能夠顯著導致菲熒光發(fā)射光的猝滅,然而其對芘的熒光猝滅效應(yīng)較弱。菲與DNA通過一個作用位點、濃度單位上以1/1的方式進行結(jié)合,但由于DNA-芘分子間相互作用力非常弱,芘與DNA的結(jié)合能力較弱。進一步研究發(fā)現(xiàn),雖然菲芘與DNA之間結(jié)合能力存在差異,但所增加的DNA均能夠造成菲和芘發(fā)射波譜的藍移。這表明DNA和菲、芘之間均形成不發(fā)光的復(fù)合物。該研究結(jié)果為揭示DNA和PAHs分子之間的物理性相互作用提供了 一種新手段。(2)DNA能夠通過靜態(tài)猝滅的方式引起PAHs分子的的熒光猝滅,主要原因為二者之間形成了不產(chǎn)生熒光的復(fù)合物;在此基礎(chǔ)之上,進一步探究了不同酸度影響下PAHs與DNA之間的結(jié)合規(guī)律。通過分析發(fā)射光譜的變化發(fā)現(xiàn),隨著酸度降低,DNA能明顯地導致菲發(fā)射光譜藍移,證實酸度能造成DNA堿基的質(zhì)子化,從而可能影響PAHs與堿基之間的π-π電子堆積。進一步研究發(fā)現(xiàn),在酸度較強的條件下,DNA不能有效地造成菲熒光猝滅,表明DNA分子外圍的磷酸基質(zhì)子化阻礙了菲與DNA內(nèi)部堿基的結(jié)合。計算了熒光猝滅常數(shù),得出猝滅常數(shù)遵循pH 9.0(0.34)≈ pH 7.0(0.36)pH3.0(0.26)的規(guī)律。結(jié)合位點的研究結(jié)果揭示,三種酸度條件下,DNA和菲的結(jié)合位點均是一,表明酸度條件并不影響DNA與菲的結(jié)合位點,僅通過堿性條件下脫質(zhì)子化增強DNA與菲的結(jié)合效率(結(jié)合常數(shù))。本論文研究結(jié)果為尋求PAHs分子猝滅劑、評估PAHs的生物分子毒理、揭示PAHs與生物遺傳物質(zhì)之間的分子作用等提供了重要基礎(chǔ)依據(jù)。
[Abstract]:Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are classified as a class of persistent organic pollutants by the United States Environmental Protection Agency (EPA). The environmental behavior of PAHs is of great concern at home and abroad due to the carcinogenic, teratogenic and mutagenicity, and is ubiquitous in the polluted soil, water and air. Many data indicate that PAHs can be absorbed by biological organisms and distributed among tissues; the interaction between PAHs and biomass has become one of the hot spots in the field of environment research. At present, how is the interaction between PAHs and biomass at the molecular scale under the control of physical action? The study has begun to be of concern; in which, can fluorescence analysis techniques be used to reveal the interaction between DNA and PAHs? The relevant information at home and abroad is still lacking. In this paper, the interaction and mechanism between PAHs and DNA were studied by means of fluorescence analysis. The fluorescence spectrum analysis and the fluorescence quenching titration were used to study the interaction and mechanism between PAHs and DNA. The binding of PAHs and DNA in the condition of different acidity (acidity-affected DNA) was studied, and the effect of protonation on the binding capacity of DNA-PAHs was analyzed. The main results are as follows: (1) The interaction between DNA and phenanthrene and phenanthrene is studied by fluorescence analysis. The two kinds of PAHs were titrated by DNA solution respectively, and the spectral intensity and the wavelength shift were measured by the excitation-emission fluorescence matrix. As a result, the phenanthrene and the antigen can be combined with the base unit in the DNA. However, due to the molecular size effect of the phenanthrene, there is a difference in the degree and mechanism of the reaction. DNA can significantly lead to the quenching of the fluorescence emission of the phenanthrene, but its fluorescence quenching effect on the fluorescence is weak. The interaction between the DNA and the DNA is very weak, and the binding ability of the DNA to the DNA is weak due to the very weak interaction between the DNA and the DNA. Further studies have found that, although the binding capacity between the phenanthrene and the DNA is different, the increased DNA can cause the blue shift of the phenanthrene emission spectrum. This indicates that no light-emitting complex is formed between the DNA and the phenanthrene. The results of this study provide a new means to reveal the physical interaction between the DNA and the PAHs molecules. (2) The fluorescence quenching of the PAHs in the DNA can be caused by the static quenching, and the main reason is that the fluorescence-free complex is formed between the two, and the binding rule between the PAHs and the DNA under the influence of different acidity is further explored. By analyzing the change of the emission spectrum, with the decrease of the acidity, the DNA can obviously lead to the blue shift of the phenanthrene emission spectrum, and it is confirmed that the acidity can cause the protonation of the DNA base, which may affect the electron-to-electron accumulation between the PAHs and the base. The further study found that, under the condition of strong acidity, the DNA could not effectively cause the fluorescence quenching of the phenanthrene, indicating that the protonation of the phosphate group on the periphery of the DNA molecule hindered the binding of the phenanthrene to the internal base of the DNA. The fluorescence quenching constant was calculated, and the law of pH 9.0 (0.34) and pH 7.0 (0.36) pH 3.0 (0.26) was obtained. The results of the study revealed that the binding sites of DNA and phenanthrene in three kinds of acidity condition are one, indicating that the acidity condition does not affect the binding sites of the DNA and the phenanthrene, and the binding efficiency (binding constant) of the DNA and the phenanthrene is enhanced only by deprotonation under alkaline conditions. The results of this paper are to find the molecular-quenching agent of PAHs, to evaluate the biological molecular toxicology of PAHs, and to reveal the molecular function of PAHs and the biological genetic material.
【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X52;X17

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