基于氧化石墨烯识别特定双螺旋DNA

依据三螺旋DNA的形成,以氧化石墨烯为基础建立了一种识别特定序列双螺旋DNA的方法。单链探针DNA能够通过静电引力作用吸附在氧化石墨烯表面,标记在单链DNA末端的荧光探针分子TAMRA由于荧光能量共振转移作用使得其荧光发生淬灭。加入目标双螺旋DNA后,单链探针DNA与目标DNA分子形成三螺旋DNA,探针DNA从氧化石墨烯表面脱附,标记在探针DNA上的荧光分子的荧光恢复。在最佳实验条件下,荧光恢复的强度与探针DNA的浓度在20.0～300.0 nmol/L具有良好的线性关系,检出限为16.9 nmol/L。该方法在DNA药物筛选及基因疾病的诊断方面具有一定的应用前景。     

芘基对在dsDNA中的构建:基于8-氮-7-去氮-2'-脱氧腺苷的7位取代及连接臂对荧光性质的影响

通过7-芘乙炔基-8-氮-7-去氮-2'-脱氧腺苷(2)和7-芘乙基-8-氮-7-去氮-2'-脱氧腺苷(3) 2个脱氧腺苷类似物在双螺旋DNA(ds DNA)中构建芘基对,同时保持2'-脱氧腺苷的碱基配对专一性,探讨了芘基对的多种组合在ds DNA中的荧光光谱变化及其与ds DNA形成和解离的关系. DNA双螺旋的热稳定性和圆二色光谱表征结果反映了连接臂与芘基在ds DNA大沟区的相互作用.芘基荧光光谱表明,化合物2在ds DNA中的荧光光谱反映了双螺旋的变化,PY02+D02在形成双螺旋前后发生了荧光猝灭,而PY03+PY05在形成双螺旋前后呈现荧光,这2个芘基对组合在含双螺旋结构域的功能核酸和生物传感器中具有潜在应用价值.     

光谱法和电化学法研究中性红与小牛胸腺DNA的相互作用

利用紫外 可见和圆二色光谱(CD)法和伏安方法,研究了小分子染料中性红(NR)与小牛胸腺DNA(CTDNA)的相互作用。实验表明在NR低浓度下,NR能嵌入至核酸双螺旋的碱基内部在G C处与核酸结合,而在较高浓度情况下,嵌入的NR分子与后来的在核酸双螺旋外部的NR分子相互作用发生聚集,从而堆积在DNA双螺旋的表面,同时使核酸的构象由B型转变为Z型。用光谱滴定的方法获得NR与CTDNA作用内部结合常数,分别为:Ka1=2 4×104mol·L-1·cm-1和Ka2=2 1×10-2mol·L-1·cm-1。     

光谱联合电泳法研究双酚A与肿瘤相关DNA的相互作用

研究双酚A与人类肿瘤相关DNA(抑癌基因p53 DNA和癌基因C-myc DNA)的相互作用。分别采用紫外、荧光和圆二色等光谱方法和聚丙烯酰胺凝胶电泳法研究了双酚A与人类肿瘤相关DNA(抑癌基因p53 DNA和癌基因C-myc DNA)的相互作用模式。其中紫外、荧光和圆二色滴定实验均表明了嵌插作用的存在,离子强度实验、KI猝灭对比实验和凝胶电泳实验证实了静电和嵌插作用的共同作用,可进一步影响DNA的双螺旋构象。     

水溶性碳纳米粒子的制备及其在DNA和单核苷酸多态性分析中的应用

利用电化学氧化的方法制备了水溶性好、粒径为7～12nm的碳纳米粒子,该碳纳米粒子通过π-π相互作用吸附荧光标记的单链DNA探针,并能有效地猝灭其荧光．当单链DNA探针与匹配的DNA目标分子杂交形成双链DNA时,猝灭的荧光被恢复,由此可以检测1-200nmol／L的DNA目标分子。此外,在碳纳米粒子存在时,由荧光标记的DNA探针和DNA目标分子形成的双链DNA的熔解温度可以简便地被测定,当双链DNA有错配碱基时,其熔解温度降低,由此可方便、快速地分析单核苷酸多态性．     

1,4-二甲基-6,8-二甲氧基-9,10-蒽醌的合成及其与牛血清白蛋白和DNA的相互作用

合成了大黄素类蒽醌衍生物1,4-二甲基-6,8-二甲氧基-9,10-蒽醌(1)并应用紫外光谱、荧光光谱、圆二色谱等方法研究了其与牛血清白蛋白(BSA)和小牛胸腺DNA(ct-DNA)的相互作用.荧光光谱结果表明,化合物1与BSA的相互作用主要以静态猝灭方式使BSA的内源性荧光发生猝灭;圆二色谱表明,化合物1通过疏水作用及形成氢键破坏了α-螺旋结构,导致BSA分子中的α-螺旋含量下降.在pH 7.4时固定DNA的浓度,加入化合物1后,紫外光谱的最大吸收峰发生红移且吸光度加大.荧光光谱表明,化合物1与DNA-4S green NC的结合为竞争性抑制,并可使溶液体系荧光猝灭;圆二色谱表明,随着化合物1的加入,DNA碱基间作用能迅速减弱,表明化合物1与DNA之间为嵌插作用.此外,MTT方法的结果表明,化合物1对结肠癌细胞株HCT116增殖有明显的抑制作用.     

1,4-二甲基-6,8-二甲氧基-9,10-蒽醌的合成及其与BSA和ct-DNA的相互作用

合成了大黄素类蒽醌衍生物1,4-二甲基-6,8-二甲氧基-9,10-蒽醌(1)并应用紫外光谱、荧光光谱、圆二色谱等方法研究了其与牛血清白蛋白(BSA)和小牛胸腺DNA(ct-DNA)的相互作用。荧光光谱结果表明,化合物1与BSA的相互作用主要以静态猝灭方式使BSA的内源性荧光发生猝灭;圆二色谱表明,化合物1通过疏水作用及形成氢键破坏了α-螺旋结构,导致BSA分子中的α-螺旋含量下降。在p H 7.4时固定DNA的浓度,加入化合物1后,紫外光谱的最大吸收峰发生红移且吸光度加大。荧光光谱表明,化合物1与DNA-4S green NC的结合为竞争性抑制,并可使溶液体系荧光猝灭;圆二色谱表明,随着化合物1的加入,DNA碱基间作用能迅速减弱,表明化合物1与DNA之间为嵌插作用。此外,MTT方法的结果表明,化合物1对结肠癌细胞株HCT116增殖有明显的抑制作用。     

寡聚酰胺PyPyPybDp与DNA相互作用的荧光动力学

通过稳态吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱对寡聚酰胺分子PyPyPybDp(简称PPP)的光物理性质进行了详细研究. 发现PPP的激发态性质受溶剂环境影响较大, 在TKMC缓冲液中, PPP有较弱的荧光, 其荧光寿命为16 ps; 随着溶剂极性逐渐降低, 荧光光谱蓝移, 荧光强度增加, 相应荧光寿命增长. 通过对PPP与DNA双螺旋分子相互作用的荧光动力学研究表明, PPP与DNA相互作用后, 荧光强度增强, 荧光寿命从16 ps增加到32 ps, 证实了存在PPP与双螺旋DNA的结合相互作用.     

寡聚酰胺PyPyPyβDp与DNA相互作用的荧光动力学

通过稳态吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱对寡聚酰胺分子PyPyPy(Dp(简称PPP)的光物理性质进行了详细研究. 发现PPP的激发态性质受溶剂环境影响较大, 在TKMC缓冲液中, PPP有较弱的荧光, 其荧光寿命为16 ps; 随着溶剂极性逐渐降低, 荧光光谱蓝移, 荧光强度增加, 相应荧光寿命增长. 通过对PPP与DNA双螺旋分子相互作用的荧光动力学研究表明, PPP与DNA相互作用后, 荧光强度增强, 荧光寿命从16 ps增加到32 ps, 证实了存在PPP与双螺旋DNA的结合相互作用.     

光谱法及分子模拟法研究杨梅素与ct-DNA的相互作用

采用紫外光谱、荧光光谱结合亚甲基蓝荧光探针(MB)、圆二色谱(CD)以及分子模拟等技术研究了生理条件下杨梅素与小牛胸腺DNA(ct-DNA)的相互作用,探索了其可能的结合位点与作用机制。热力学参数显示ΔH0、ΔS0,说明杨梅素与ct-DNA通过氢键和范德华力发生相互作用。光谱研究显示,ct-DNA能够猝灭杨梅素的内源荧光,猝灭方式为静态猝灭,两者的结合常数为1.86×103mol-1,结合位点数为1。在竞争性实验中杨梅素未能将MB从MB-DNA复合体系中游离出来,说明其与ct-DNA的作用方式为沟槽结合。圆二色光谱研究表明,杨梅素的加入未能破坏ct-DNA的双螺旋结构,两者的作用方式为沟槽结合。进一步通过分子模拟研究得到杨梅素与DNA结合的最低能量构象,杨梅素A环7-O和B环3’-O分别与DNA的碱基DA18和DA6在边缘小沟处通过氢键结合,周围富含碱基A和T,与光谱学研究结果一致,结合距离分别为2.061和1.918。     

基于Ag+对C-C错配识别和Ru(phen)2(dppx)2+的核酸分子“光开关”特性的银离子光学传感器

以含错配碱基胞嘧啶的自互补寡聚核苷酸序列(Oligo-1,5’-TACATACTATACTATCTA-3’)作为Ag+识别序列,以核酸分子"光开关"Ru(phen)2(dppx)2+(phen=1,10-phenanthroline,dppx=7,8-dimethyldipyridophenazine)作发光探针,建立了一种简单、灵敏的Ag+定量分析方法。以150 nmol/L Oligo-1,2.0μmol/L Ru(phen)2(dppx)2+及120 mmol/L NaNO3在pH 7.5的PBS缓冲溶液中反应30 min作为最佳实验条件,Ag+在10.0~120.0 nmol/L范围内与溶液的发光强度呈良好的线性关系,相关系数(r)为0.995 7,检出限(3δ/Slope)为8.1 nmol/L。方法具有较好的选择性,用于实际样品测定,结果满意。     

光谱法研究百草枯与小牛胸腺DNA的相互作用

以亚甲基蓝(MB)为分子探针,用紫外-可见光谱、荧光光谱、荧光偏振和圆二色光谱研究了百草枯与小牛胸腺(ctDNA)的相互作用.MB分子主要以嵌插方式结合到ctDNA双螺旋结构上,而百草枯则以非竞争方式抑制MB与ctDNA的结合;百草枯对MB-ctDNA体系的荧光偏振以及百草枯对ctDNA圆二色光谱的影响,结果均表明百草枯与ctDNA主要作用方式为非嵌插结合.NaCl对百草枯与ctDNA的结合具有显著的抑制作用,因此可以推断带正电荷的百草枯离子可能通过与ctDNA链上带负电荷的磷酸基以静电相吸的方式结合而堆积在ctDNA双螺旋表面,引起ctDNA收缩,减弱了结合位点附近MB与ctDNA的静电作用;这可能由于钠离子中和了ctDNA磷酸基上的负电荷,从而削弱了百草枯与ctDNA间的静电作用.通过Scatchard方程计算,获得了百草枯与ctDNA的结合常数为1.80×104L·mol-1.     

基于氧化石墨烯作为传感平台的DNA电化学阻抗谱传感器制备

制备了一种基于氧化石墨烯作为传感平台的无标记DNA传感器。探针DNA通过π-π堆积作用固定到氧化石墨烯表面,电化学交流阻抗法作为传感表征及检测技术。当传感器识别目标DNA时,由于形成双链结构,双链DNA离开氧化石墨烯表面,进入溶液,使得电化学阻抗值减小。因此,可以利用杂化前后DNA传感器所展现出阻抗值的差异,实现对目标DNA的定量检测。结果表明:目标DNA浓度在1.0×10-8~1.0×10-12mol/L范围内,阻抗值变化与目标DNA浓度的对数呈线性关系,检出限为3.5×10-13mol/L(S/N=3)。此外,传感器能区分互补单碱基错配、完全错配的DNA序列。     

Ag+与Hg2+对G-四链体DNA结构的破坏及其对构筑DNA逻辑门的应用

本工作利用圆二色光谱研究了Ag+与Hg2+对4种代表性G-四链体DNA结构的破坏作用。结果表明Ag+可能通过与碱基G螯合从而破坏G-四链体结构;Hg2+能通过形成T-Hg2+-T碱基对,及其他方式破坏G-四链体结构。含巯基(-SH)的半胱氨酸与Ag+与Hg2+可以发生较强的配位作用,从而使被Ag+与Hg2+破坏后的G-四链体DNA结构得以回复。基于此,一个新颖的Ag+/Hg2+-半胱氨酸-DNA逻辑门得以构筑。     

基于磁纳米颗粒和分子间裂分G-四链体-血红素DNA酶的Ag+和半胱氨酸传感器研究

以磁纳米颗粒为固定DNA探针的固相载体,发展了一种基于分子间裂分G-四链体-血红素DNA酶的Ag＋和半胱氨酸传感器。当磁纳米颗粒表面DNA二聚体中富鸟嘌呤( G)序列与Ag＋结合时,Ag＋可有效地阻止碱基G之间Hoogsteen氢键的形成,破坏G-四链体结构。而半胱氨酸存在时,巯基与Ag＋之间相互作用,将Ag＋从碱基G上取代下来,促进G-四链体的重新形成,显示出类过氧化物酶的催化活性,催化2,2＇-连氮基-双-(3-乙基苯并二氢噻挫啉-6-磺酸(ABTS)-H2O2反应体系的显色反应。本方法可以直接通过磁分离从样品中将检测探针与复杂体系中的干扰组分分离,有效提高了灵敏度,降低了背景信号,实现了实际样品中Ag＋和半胱氨酸的快速、灵敏、特异的比色分析。在最优条件下,Ag＋的线性检测范围为0.5~100 nmol/L,检出限为0.2 nmol/L;对半胱氨酸的线性检测范围为0.1~80 nmol/L,检出限为0.04 nmol/L。     

一种高效灵敏的DNA荧光探针的合成及应用

设计合成了一种新型噻唑橙二聚体荧光染料Bi-TO3, 采用荧光发射光谱、 圆二色光谱及活细胞荧光成像等方法研究了其与DNA的相互作用. 在10 mmol/L Tris-HCl缓冲液(pH=7.4)中, Bi-TO3的固有荧光极弱, 量子产率小于0.001%; 与小牛胸腺DNA结合后, 其荧光可显著增强约950倍, 但对RNA和蛋白等生物大分子及黏度等环境因素则无明显响应. 紫外吸收光谱及圆二色光谱滴定实验表明, Bi-TO3以小沟结合模式与DNA作用, 且对AT序列有选择性. 实验结果表明, 在缓冲溶液中Bi-TO3的荧光增强信号与低浓度范围的poly(dA-dT)₂仍呈良好的线性关系, 检出限为13.3 ng/mL, 灵敏较度高; 且Bi-TO3可在较低浓度范围(6~12 μmol/L)内应用于活细胞荧光成像.     

钾离子影响下凝血酶适配子在氧化石墨烯表面吸附行为的研究

FAM荧光基团标记的凝血酶适配子通过π-π相互作用、疏水作用等分子间相互作用力与氧化石墨烯(GO)结合;通过向反应体系中加入0~50mmol/L K~+,使用荧光分光光度计记录FAM基团的荧光变化,研究凝血酶适配子在氧化石墨烯表面的吸附行为。不存在K~+时,凝血酶适配子以单链形式吸附在氧化石墨烯表面;随着K~+的加入,凝血酶适配子形成G-四聚体结构,脱离氧化石墨烯表面;当K~+浓度从0mmol/L增加到50mmol/L,K~+屏蔽G-四聚体与氧化石墨烯之间的静电斥力,凝血酶适配子重新吸附到氧化石墨烯表面。研究结果证实,K~+影响下,凝血酶适配子在氧化石墨烯表面存在吸附-解吸-再吸附过程。     

3-溴丙酮酸与人血清白蛋白相互作用的光谱学研究

运用荧光光谱、紫外可见吸收光谱和圆二色光谱法研究了抗肿瘤药物3-溴丙酮酸(3-Bromopyruvic acid,3-BrPA)与人血清白蛋白(Human serum albumin,HSA)的相互作用.3-BrPA对HSA的猝灭机制属于静态猝灭,并发生分子间非辐射能量转移.热力学数据显示,二者之间的作用力主要为静电作用;同步荧光光谱表明,3-BrPA与蛋白质中接近色氨酸残基的区域发生了相互作用;荧光光谱研究发现,Zn2+存在时3-BrPA对HSA的猝灭程度进一步增强;圆二色光谱法研究蛋白二级结构结果显示,3-BrPA对HSA的结构影响非常小.     

利用对G-四链体环部的构型调节进行传感器的设计

对鸟嘌呤碱基G重复序列之间连接环结构对G-四链体形成的影响进行了研究。发现在连接环较长,DNA链不易形成G-四链体的情况下,可以通过将环序列设计成双链结构的方式促进G-四链体的重新形成。这就为传感器的设计提供了一个新途径,即可以利用目标分子对环部双链的调节作用控制G-四链体DNA酶的活性。为证明这一点,在双链区域引入T-T碱基错配,破坏双链结构使DNA链不能形成G-四链体。Hg2+对T-T错配的稳定作用可以促进双链结构的形成,DNA链重新折叠成G-四链体,得到的G-四链体与氯化血红素(Hemin)结合后形成具有过氧化物酶活性的G-四链体DNA酶,据此构建了Hg2+传感器。利用此传感器可在10~700 nmol/L范围内实现Hg2+的定量检测,检出限为8.7 nmol/L。在此基础上,利用半胱氨酸可以将Hg2+从T-Hg2+-T碱基对上竞争下来的能力,设计了一种半胱氨酸的检测方法。此方法可以在20~600 nmol/L范围内实现半胱氨酸的定量检测,检出限为14 nmol/L。     

Hemin和CopC相互作用的光谱和分子模拟研究

本文通过光谱技术以及分子模拟手段研究了CopC与hemin的相互作用。紫外可见光谱表明hemin中Fe³⁺可能与CopC中的组氨酸(His1或His91)形成配位。此外,荧光光谱表明CopC与hemin的主要弱作用力为疏水作用力。圆二色谱、化学变性、荧光寿命以及同步荧光实验表明hemin与CopC的配位使得CopC的稳定性降低,并且色氨酸周围环境的疏水性减弱。紫外可见及荧光光谱表明,两者结合常数在10⁶左右,结合比为1,hemin与CopC中唯一的色氨酸(Trp83)的距离为1.06 nm。最后通过分子对接模拟了CopC与hemin的相互作用,结果表明hemin中Fe³⁺可能与CopC中的组氨酸(His1)形成与卟啉环平面垂直的轴向配位,并且与Trp83距离为0.96 nm,与实验结果一致。