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在人类关键调控区的基因组中,如端粒,原癌基因启动子区域,非转录的mRNA区域和核糖体DNA区域中存在许多的富G序列,可以形成G-四链体结构。这些结构的形成和拆散可能会影响到细胞的正常生理活动,但G-四链体DNA在生物体内的功能和结构没有完全了解。荧光小分子配体具有良好的生物亲和性和光学性能,能够定位到G-四链体所在的位置。通过开发荧光小分子G-四链体探针能够直接观察和检测G-四链体在体内的分布,探究其结构和功能,因此,研究G-四链体的结构变化对DNA等遗传物质对生命的调控有着重大的意义。噻唑橙(TO)是一类优良性能的核酸荧光染料,该类染料具有高灵敏度和高亲和性的特征,但该类染料不能选择性识别G-四链体DNA,本课题组在TO骨架上引入脂肪氨基和苯乙烯基来增强其溶解性、灵敏度和选择性。通过引入脂肪氨基我们设计了化合物1-10;通过同时引入脂肪氨基和苯乙烯基我们设计合成了化合物A1-5、B1-5和C1-5。并将其应用于不同环境中的核酸荧光成像,以及结合力、选择性、灵敏度和光稳定性等性能的研究。本论文的主要内容包括:(1)在噻唑橙骨架的基础上合成出来了一系列衍生物,并运用荧光光谱方法研究了噻唑橙衍生物的荧光性能,其中噻唑橙衍生物1-10是一类高光稳定性和高灵敏度的通用型核酸荧光染料;噻唑橙衍生物A3、C3和C5具有特殊的G-四链体DNA选择性,是一类高选择性、高光稳定性和高灵敏度的G-四链体DNA探针。(2)通过聚丙烯酰胺电泳、细胞成像等实验研究了噻唑橙衍生物1-10、A3、C3和C5对核酸的荧光成像功能。(3)通过紫外光谱、计算机分子与核酸模拟对接等技术研究了A3、C3和C5与G-四链体DNA和双链DNA的作用模式。结果表明,本论文设计合成的噻唑橙脂肪氨基衍生物1-10为通用型核酸荧光染料,其与噻唑橙对比,具有更高的灵敏度、溶解度和光稳定性。设计合成的噻唑橙脂肪氨基和苯乙烯基共同取代的衍生物中,带二甲氨基苯乙烯基和脂肪胺基侧链的A3,C3和带二苯氨基苯乙烯基和吡咯烷脂肪胺基侧链的C5表现出G-四链体DNA选择性,通过紫外、荧光、细胞成像、聚丙烯酰胺电泳、小分子对接模拟等实验等发现A3,C3可作为端粒G-四链体荧光探针,C5可作为为原癌基因pu27 G-四链体荧光探针。