肽核酸单体和链的合成及基于肽核酸的纳米结构构建

摘要

纳米生物技术是一种将生物原理与物理和化学原理相结合的跨学科技术;其目的是构建具有特定功能的新型纳米结构。它在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产业化前景;许多欧美发达国家已将它作为本世纪的科研优先项目予以重点发展。DNA/RNA 和蛋白质/多肽是纳米生物技术领域用得最多也是最重要的两类组装模块;然而由于它们自身物理化学性质的局限;以这两类分子构建的纳米结构会存在一些缺陷;如：DNA/RNA纳米结构需要依赖阳离子来稳定;上述两类纳米结构均可被细胞中对应的酶降解等。 肽核酸（PNA）是一种人工合成的 DNA 类似物。PNA 纳米结构同时拥有类似DNA/RNA 和蛋白质/多肽纳米结构的优点;且其不依赖阳离子稳定;不会被细胞中的酶降解。目前;PNA 纳米技术开始受到越来越多研究人员的关注;但是它还处于早期起步阶段;同时;PNA单体和链的合成还存在效率低下和成本很高等缺点。 在本论文中;我们探索了一种能高效合成PNA单体的方法;从合成的PNA单体出发;我们设计并合成了多条PNA链;通过这些链的自组装;我们首次构建出了几种极具应用潜力的PNA纳米结构。 本文的主要内容包括以下四个部分： 1）对PNA进行了简要介绍;描述了设计和合成PNA单体的发展历程;总结了设计和合成PNA链的规则;同时概述了PNA纳米结构的研究进展及其主要的表征方法;最后提出了本文的研究意义;并呈现了该论文的主要内容。 2）介绍了一条能高效合成四种Fmoc/Boc正交保护的PNA单体的合成线路;描述了合成和纯化PNA链的方法。使用自己所合成的单体;我们设计并合成了一条与一种单分子的DNA G-四链体结构具有相同碱基序列的PNA链;同时计并合成了两条对照短链;通过点击化学法证明这条PNA链也能形成G-四链体结构;点击反应还能将线性PNA变为环形;基于环形的PNA G-四链体结构具有更好的热稳定性。 3）受DNA“Holliday junction（Holliday交叉）”结构的启发;我们设计并合成了PNA四通道和三通道结构。通过快速蛋白液相色谱分析仪、MALDI-TOF质谱仪和原子力显微镜等仪器对这两种纳米结构进行表征;结果表明我们成功构建了这两种具有特定形状和化学计量数的PNA纳米结构。此外;紫外热离解曲线结果表明这两种纳米结构在纯水中均具有良好的热稳定性。 4）我们进一步设计并合成了中心具有多肽纳米孔的PNA三通道结构。我们合成了9条PNA-多肽链（PNA 1-9）;每条链的N端和C端分别连接着一个赖氨酸叠氮和戊炔酸。在PNA 1-3、PNA 4-6和PNA 7-9的中间分别插入1、3和5个丙氨酸;因此;它们分别进行自组装所形成的三种三通道结构将具有不同的孔径大小。通过使用点击化学法、MALDI-TOF 质谱和原子力显微镜等表征方法;我们证明这三种PNA-多肽三通道结构被成功构建。此外;我们设计并合成了两条对照链;将它们与PNA-1 组合在一起作为不能进行自组装的对照组;并通过四组对照实验进一步确认上述三种纳米结构被构建成功。最后紫外热离解曲线结果表明这三种纳米结构在纯水中均具有良好的热稳定性。

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