基于能量转移机理的蛋白激酶比率荧光分子探针的设计合成及生物医学应用

将荧光共振能量转移（FRET）机理应用于蛋白激酶小分子荧光探针的设计中，选取蛋白激酶A作为模型蛋白激酶，将荧光素标记在激酶底物肽上，在肽链磷酸化之前，只有荧光素发光，在肽链磷酸化之后，罗丹明锌化合物通过和磷酸根发生配位作用连接到肽链上，拉近了荧光素和罗丹明之间的距离，FRET过程实现，罗丹明发射荧光。通过考察两个波长下荧光强度的比值的变化，达到对蛋白激酶A活性的比率检测的目的。此方法克服蛋白激酶传统检测方法（基于单波长荧光改变或大体积的荧光蛋白的荧光探针）的误差较大，灵敏度不高及背景生物分子干扰较大等缺点，从而实现高灵敏性检测蛋白激酶的目标。此外，通过改变肽链（各种蛋白激酶的识别单元）的结构而将该设计策略推广应用于其他蛋白激酶，获得多种基于FRET比率蛋白激酶小分子荧光探针，并初步应用于疾病的诊断及药物的药效评价和高通量筛选。

荧光探针以其灵敏度高、操作简单等优点受到科学工作者的青睐。本项目主要围绕荧光探针展开研究，主要进行了三个方面的工作，分别是基于萘酰亚胺水溶性探针的研究，基于罗丹明闭环开环性质的荧光探针的研究，以及基于近红外菁染料探针的研究，共合成了8个探针分子，将它们用于有毒金属阳离子、生物相关阴离子ATP等检测中，得到了令人满意的结果。具体内容如下：. 1.基于萘酰亚胺水溶性探针的研究：萘酰亚胺类化合物是一类荧光材料，具有稳定性好，荧光量子产率高等优点，已被广泛的应用于荧光探针领域。然而，基于萘酰亚胺的探针大多水溶性较差，本项目通过在萘酰亚胺分子上连上羧基基团以增加基于萘酰亚胺探针的水溶性，从而研制出三个荧光探针分别用于汞离子，半胱氨酸和pH值的测定。. 2.基于罗丹明闭环开环性质的荧光探针的研究：罗丹明及其衍生物是一类重要的荧光探针染料，属于咕吨类碱性染料。由于苯环间氧桥的存在，分子具有刚性共平面结构，这使其分子结构稳定性增强，在激发光的作用下能产生强烈的荧光,在红色可见光区受样品背景干扰相对较少，是生物分析中经常用到的荧光染料。罗丹明本身具有酮式结构，能产生颜色，被氧化时，其酮式结构被破坏，染料溶液颜色变浅甚至变为无色，加入某种分析物后，可恢复罗丹明本身的酮式结构，罗丹明颜色恢复。本项目利用罗丹明这一性质，研制出四个荧光探针分别用于三磷酸腺苷 (ATP)，柠檬酸根，铝离子和汞离子的测定。. 3.基于近红外菁染料探针的研究：菁类荧光染料是一类性能优异、应用广泛的功能荧光材料，己被用在生物大分子的荧光标记，此类荧光材料的波长可到近红外区，能有效地避开生物体系的背景荧光，提高了探针的灵敏度。但是，功能菁染料目前仍存在一定问题，如：种类不多、合成困难等。本项目研制出一个基于菁染料的荧光探针，用于银离子的测定。