熒光標記技術實現(xiàn)了對細胞、組織及活體的動態(tài)可視化研究,為現(xiàn)代生物學、現(xiàn)代醫(yī)學等生命科學領域的發(fā)展起到了極大的推進作用。熒光蛋白（FP）作為標記技術的核心,需具備優(yōu)良的光譜特性以及廣闊的應用范圍。近年來,基于線性四吡咯結構的膽色素熒光蛋白成為了目前熒光標記技術大力發(fā)展的新方向。一方面,由于這類熒光蛋白的發(fā)色團膽紅素（BR）或膽綠素（BV）屬于細胞內(nèi)源性產(chǎn)物,所以它們在動物細胞內(nèi)表達和成像時具有不依賴氧氣、不產(chǎn)生過氧化氫、成熟周期短等優(yōu)點;另一方面,基于膽綠素的熒光蛋白的熒光發(fā)射處于具有低背景干擾的近紅外光學成像窗（650-900 nm）,非常適用于活體組織的深度成像。但由于膽色素熒光蛋白的發(fā)展處于起步階段,人們對此類熒光蛋白有關光物理性質的認知和研究還遠不如傳統(tǒng)GFP。為了更好地理解膽色素熒光蛋白的發(fā)光機理并促進此類熒光蛋白的發(fā)展,論文采用了多種穩(wěn)態(tài)光譜技術和超快時間分辨光譜技術,研究了三種不同來源的膽色素熒光蛋白的分子機理和激發(fā)態(tài)動力學,揭示了它們的時間分辨光譜特性以及得到了影響其熒光量子產(chǎn)率的重要因素。論文的研究結果為后續(xù)更好地發(fā)展光譜性質更加優(yōu)異的膽色素熒光蛋白以及開發(fā)各種功能性的... 

【文章頁數(shù)】：257 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
        1.1.1 膽色素及目前發(fā)展的膽色素熒光蛋白
        1.1.2 人體內(nèi)的膽色素
    1.2 目前研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容和創(chuàng)新點
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 創(chuàng)新點
    1.4 論文安排
第二章 理論基礎和實驗方法
    2.1 理論基礎及基本原理
        2.1.1 吸收和熒光
        2.1.2 時間分辨光譜
        2.1.3 化學反應動力學
        2.1.4 速率常數(shù)以及Stickler-Berg方程
    2.2 實驗系統(tǒng)及測量方法
        2.2.1 紫外可見分光光度計
        2.2.2 穩(wěn)態(tài)熒光光譜儀
        2.2.3 皮秒時間相關單光子計數(shù)系統(tǒng)
        2.2.4 飛秒熒光上轉換系統(tǒng)
        2.2.5 飛秒瞬態(tài)吸收光譜儀
    2.3 數(shù)據(jù)分析方法
        2.3.1 熒光量子產(chǎn)率計算
        2.3.2 反應模型以及動力學方程
        2.3.3 時間分辨熒光壽命擬合及DAS
        2.3.4 瞬態(tài)吸收全局擬合以及數(shù)據(jù)分析方法
    2.4 樣品準備
        2.4.1 樣品和試劑
        2.4.2 氘代膽紅素的制備
        2.4.3 熒光蛋白的準備
第三章 膽紅素在溶液中的激發(fā)態(tài)動力學
    3.1 膽紅素在各種溶劑中的性質及穩(wěn)態(tài)光譜
        3.1.1 膽紅素在溶劑中的溶解性
        3.1.2 膽紅素在各溶液中的穩(wěn)態(tài)光譜
        3.1.3 膽紅素在堿性水溶液中的二聚
        3.1.4 膽紅素在堿性水溶液中的不穩(wěn)定性
        3.1.5 膽紅素在有機溶劑中的光氧化
    3.2 膽紅素在各溶劑中的超快激發(fā)態(tài)動力學
        3.2.1 膽紅素在各溶劑中的飛秒瞬態(tài)吸收光譜
        3.2.2 膽紅素在各溶劑中的全局擬合
    3.3 膽紅素的TD-DFT理論計算
        3.3.1 膽紅素在三種情況下的分子結構
        3.3.2 膽紅素在不同構型下的分子前線軌道
    3.4 膽紅素在激發(fā)態(tài)的扭轉
        3.4.1 膽紅素在堿性水溶液和甘油混合溶劑中的性質
        3.4.2 膽紅素在DMSO和甘油混合溶劑中的性質
    3.5 膽紅素在激發(fā)態(tài)的質子轉移
        3.5.1 氘代膽紅素在各溶劑中的穩(wěn)態(tài)吸收
        3.5.2 氘代膽紅素在各溶劑中的瞬態(tài)吸收光譜
    3.6 膽紅素在溶劑中的動力學模型
    3.7 本章小結
第四章 膽紅素與物質的相互作用
    4.1 膽紅素與環(huán)糊精的相互作用
        4.1.1 環(huán)糊精對膽紅素光譜性質的影響
        4.1.2 分析與小結
    4.2 膽紅素與奎寧的相互作用
        4.2.1 膽紅素與奎寧在不同有機溶劑中相互作用的強度
        4.2.2 奎寧對膽紅素光譜性質的影響
        4.2.3 奎寧對膽紅素激發(fā)態(tài)動力學的影響
        4.2.4 分析與小結
    4.3 膽紅素與人血清蛋白的相互作用
        4.3.1 膽紅素在人血清蛋白中的基本特性
        4.3.2 膽紅素在人血清蛋白中的時間分辨光譜
        4.3.3 人血清蛋白和Z,E-膽紅素復合物的晶體結構
        4.3.4 分析與小結
    4.4 膽紅素與金屬離子的相互作用
        4.4.1 膽紅素與各種金屬離子的結合情況
        4.4.2 膽紅素與鋅離子混合物的光譜特性
        4.4.3 膽紅素與鋅離子的結合方式
        4.4.4 膽紅素與鋅離子的應用性分析
        4.4.5 分析與小結
    4.5 本章小結
第五章 膽紅素在綠色熒光蛋白Una G中的激發(fā)態(tài)動力學
    5.1 野生型UnaG(wt-UnaG)的動力學和分子機理
        5.1.1 wt-UnaG的穩(wěn)態(tài)光譜
        5.1.2 wt-UnaG的時間分辨光譜
        5.1.3 wt-UnaG中的質子轉移過程
        5.1.4 wt-UnaG的激發(fā)態(tài)動力學模型
        5.1.5 wt-UnaG的晶體結構及分子機理
    5.2 直接作用位點突變的UnaG-N57A突變體的動力學和分子機理
        5.2.1 UnaG-N57A突變體的穩(wěn)態(tài)光譜
        5.2.2 UnaG-N57A突變體的時間分辨光譜
        5.2.3 UnaG-N57A突變體的質子轉移過程
        5.2.4 UnaG-N57A突變體的激發(fā)態(tài)動力學模型
        5.2.5 UnaG-N57A突變體的晶體結構及分子機理
    5.3 非直接作用位點突變的UnaG突變體的光物理性質
        5.3.1 UnaG-V2L突變體的光學性質
        5.3.2 UnaG-E95D突變體的光學性質
        5.3.3 結果與討論
    5.4 本章小結
第六章 膽綠素在兩種近紅外熒光蛋白中的激發(fā)態(tài)動力學
    6.1 來自細菌光敏色素的近紅外熒光蛋白miRFP670 的激發(fā)態(tài)動力學
        6.1.1 miRFP670 的穩(wěn)態(tài)光學性質
        6.1.2 miRFP670 的時間分辨光譜
        6.1.3 miRFP670 的質子轉移
        6.1.4 miRFP670 的激發(fā)態(tài)動力學模型
        6.1.5 miRFP670 的晶體結構
    6.2 來自藍藻別藻藍蛋白的近紅外熒光蛋白smURFP的激發(fā)態(tài)動力學
        6.2.1 smURFP的穩(wěn)態(tài)光學性質
        6.2.2 smURFP的時間分辨光譜
        6.2.3 smURFP的質子轉移
        6.2.4 smURFP質子態(tài)的均一性
        6.2.5 smURFP的激發(fā)態(tài)動力學模型
        6.2.6 smURFP-Y56R的晶體結構
    6.3 不同近紅外熒光蛋白的對比
        6.3.1 熒光蛋白的輻射躍遷速率與非輻射躍遷速率
        6.3.2 熒光蛋白中膽綠素的結構
    6.4 本章小結
第七章 總結與展望
參考文獻
作者簡歷
在學期間所取得的科研成果
后記


【參考文獻】：
博士論文
[1]紅移藻膽蛋白和光敏色素的研究及分子進化[D]. 繆丹.華中農(nóng)業(yè)大學 2017



本文編號：3682978