核酸堿基的光物理和光化學(xué)性質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)非常敏感,氮雜堿基是一種核酸堿基衍生物,其結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)堿基類似,只是某些位點(diǎn)處的碳原子替換為氮原子,一般具有更獨(dú)特的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)特性。已有研究表明,部分氮雜堿基在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具備重要應(yīng)用前景。但是,某些氮雜堿基也會(huì)具有光敏性,藥用時(shí)可能會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生光損傷,然而相關(guān)研究較少。氮雜堿基的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)研究不但能揭示氮取代對(duì)標(biāo)準(zhǔn)堿基光物理和光化學(xué)性質(zhì)的影響,也可以為藥物研究者們提供重要的物質(zhì)特性,幫助他們?cè)u(píng)估氮雜堿基的藥物前景。盡管氮雜堿基已經(jīng)有了一些研究基礎(chǔ),然而其超快弛豫機(jī)制目前還遠(yuǎn)沒有得到很好地解釋。尤其是在之前研究中,大多實(shí)驗(yàn)還停留在納秒量級(jí),無(wú)法觀察到超快時(shí)間尺度下的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)。本文主要通過穩(wěn)態(tài)吸收,飛秒到納秒的瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)（TA）,電子順磁共振譜（EPR）和含時(shí)密度泛函理論（TDDFT）計(jì)算對(duì)6-氮雜胸腺嘧啶（6-AT）和更具生物意義的衍生物6-氮雜脫氧核苷（6-ATD）的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究,揭示了氮雜堿基6-AT和6-ATD超快時(shí)間尺度的衰減機(jī)制。本文主要研究成果總結(jié)如下:1.盡管6-AT和6-ATD結(jié)構(gòu)相似,但激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)弛豫機(jī)制卻有所不... 

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五種天然堿基結(jié)構(gòu)式在確定了DNA和RNA為生命遺傳物質(zhì)之后，科學(xué)家們對(duì)它們進(jìn)行了不斷

華東師范大學(xué)碩士論文2人體在接受過量的紫外輻射后，會(huì)導(dǎo)致皮膚損傷，過敏，甚至引發(fā)皮膚癌[2-4]。為了尋找更深層次的原因，長(zhǎng)久以來(lái)，紫外線照射下的核酸堿基的光物理和光化學(xué)性質(zhì)一直是研究熱點(diǎn)之一。研究表明，核酸堿基的最大吸收峰在267nm左右，核酸堿基在吸收紫外光子的能量后，會(huì)躍遷到激發(fā)態(tài)（一般是1ππ*）[1,5]。在分子進(jìn)化的長(zhǎng)期過程中，自然選擇使得核酸堿基具有極高的光穩(wěn)定性，處于激發(fā)態(tài)的堿基分子為了維持自身穩(wěn)定，會(huì)以多種方式向低能態(tài)衰減，如輻射躍遷（通常為熒光），非輻射躍遷或者發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。據(jù)報(bào)道，在標(biāo)準(zhǔn)堿基中，熒光量子產(chǎn)率極低（10-4）[6]，這意味著其激發(fā)態(tài)弛豫主要通過無(wú)輻射方式進(jìn)行，如內(nèi)轉(zhuǎn)換，振動(dòng)弛豫，以及系間竄越等。處于激發(fā)態(tài)的分子可以通過錐形交叉點(diǎn)（CIs）進(jìn)行超快的內(nèi)轉(zhuǎn)換（IC）[7]，同時(shí)與周圍溶劑分子通過振動(dòng)模式耦合來(lái)將能量散失到溶劑中[8]，部分堿基在弛豫過程中也會(huì)發(fā)生系間竄越（ISC）[9]，從單重態(tài)躍遷到三重態(tài)。圖1.2核苷單體的瞬態(tài)吸收信號(hào)[10]對(duì)于核酸堿基的研究由來(lái)已久，早在上世紀(jì)60-70年代，研究者們就已相繼報(bào)道了核酸堿基分子的許多重要參數(shù)，如熒光量子產(chǎn)率，系間竄越速率，三重態(tài)壽命等[11-13]，由于其激發(fā)態(tài)壽命一般較短，在當(dāng)時(shí)人們無(wú)法深入研究。近些年來(lái)，實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平逐漸提高，尤其是發(fā)展出了超快時(shí)間分辨光譜技術(shù)，研究者們利用

華東師范大學(xué)碩士論文4圖1.3常見氮雜堿基的分子結(jié)構(gòu)核酸堿基的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)非常敏感,在發(fā)生氮取代后，氮雜堿基的pKa值相比于標(biāo)準(zhǔn)堿基會(huì)更小，這導(dǎo)致氮雜堿基在不同pH的溶液中一般存在多種同分異構(gòu)體[21]，這無(wú)疑使他們的光物理、光化學(xué)性質(zhì)更加復(fù)雜。如將胸腺嘧啶和尿嘧啶的6號(hào)位處碳原子替換為氮原子，會(huì)使得他們的N3號(hào)位的pKa值降低[22]。因此，胸腺嘧啶和尿嘧啶在pH=7的情況下為中性結(jié)構(gòu)，而6-氮雜胸腺嘧啶和6-氮雜尿嘧啶在pH=7的情況下是失質(zhì)子結(jié)構(gòu)。由于水溶液中的氮雜堿基結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，研究者們?yōu)榱撕?jiǎn)化研究過程，一般使用極性非質(zhì)子溶劑乙腈作為溶劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.2.2氮雜堿基目前的研究進(jìn)展在之前的研究中，研究者們已對(duì)氮雜堿基的光物理、光化學(xué)性質(zhì)有了一定的了解。在穩(wěn)態(tài)光譜方面，Suzuki等人報(bào)道了氮雜堿基在乙腈溶液中的穩(wěn)態(tài)吸收和穩(wěn)態(tài)熒光的性質(zhì)[23-25]。通常，氮雜堿基的穩(wěn)態(tài)吸收光譜會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)堿基的略微紅移，也會(huì)有略微的拖尾現(xiàn)象。Kobayashi等人利用TD-B3LYP/PCM/6-31G(d,p)理論計(jì)算證明，這些拖尾現(xiàn)象是由于在這些堿基分子的最低可激發(fā)能級(jí)之下還存在一些能量較低的暗態(tài)[23]。在穩(wěn)態(tài)熒光光譜方面，大部分氮雜堿基都具有極低的熒光量子產(chǎn)率[1]，但在少部分氮雜堿基中也探測(cè)到了較高的熒光量子產(chǎn)率，如8-氮雜鳥嘌呤，8-氮雜腺嘌呤[26]。


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