光谱法和电化学方法研究几种危险物质与DNA的作用

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qvwen2005
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本论文以多种分析测试技术结合化学计量学方法研究了几种危险物质与小牛胸腺DNA(ctDNA)的相互作用,其中包括异丙肾上腺素、溴鼠灵、隐性孔雀石绿和环境激素。通过这些研究有助于理解它们在体内的作用过程,能够更好地在分子水平上阐明生命现象的本质,深刻理解某些疾病在基因水平上的发病机理,为临床治疗以及新药研究提供了一定的理论依据。论文主要分为五个部分。第一部分综述了DNA这种生物大分子在整个生命过程中扮演的重要角色,DNA的结构特征和小分子与DNA的作用类型等,然后分别介绍了荧光、紫外、电化学等各种分析手段以及化学计量学在该领域的研究现状。第二部分主要是采用电化学和光谱学的方法研究异丙肾上腺素与小牛胸腺DNA的相互作用。在玻碳电极上采用循环伏安法(cyclic voltammetry)和微分脉冲伏安法(differential pulse voltammetry)研究异丙肾上腺素的电化学特征,可以观察到异丙肾上腺素被氧化并且有一个不可逆的氧化峰,继而推断出异丙肾上腺素与DNA的作用方式为嵌插作用,并得到结合常数K和计量系数比m。采用化学计量学多元曲线分辨-交替最小二乘法(MCR-ALS)解析紫外和荧光数据扩展的光谱矩阵,得到异丙肾上腺素、DNA以及异丙肾上腺素—DNA络合物的纯光谱和浓度趋势图,并根据浓度趋势图得到反应过程的定量信息。第三部分是采用荧光光谱法和紫外光谱法研究溴鼠灵与DNA的相互作用,通过探针竞争实验,盐效应实验和碘化钾(KI)猝灭实验,推断作用方式为沟槽作用和静电作用的联合作用方式。通过化学计量学多元曲线分辨-交替最小二乘法(multivariate curve resolution-alternating least squares, MCR-ALS)解析组合的光谱矩阵得到络合物的结合常数为(6.40±0.5)×104M-1,结合比为1.0。在维生素K1存在下,溴鼠灵与DNA的相互作用会减弱,使用平行因子分析(PARAFAC)对三维荧光矩阵进行解析,根据得到的浓度变化趋势图可知维生素K1加入溴鼠灵-DNA体系后,形成一种三元络合物。第四部分研究了隐性孔雀石绿与DNA的作用情况以及表面活性剂对络合物的影响。通过圆二色谱图(CD)中B-DNA型的特征245nm峰位置的蓝移,说明隐性孔雀石绿与DNA的作用方式为嵌插作用。随后采用盐效应实验和KI猝灭实验对作用方式进一步验证。利用多元曲线分辨-交替最小二乘法对扩展的光谱数据矩阵进行解析,得到隐性孔雀石绿、DNA和隐性孔雀石绿-DNA的纯光谱图以及相对应的浓度变化趋势图,并对其进行定量分析得到结合常数和结合比。此外考察了不同比例的十六烷三甲基溴化铵(CTAB)与DNA存在时,隐性孔雀石绿的荧光增强情况,当CTAB的浓度越大时,隐形孔雀石绿的荧光增强程度越大。由于隐性孔雀石绿本身具有致癌性,所以环境中的表面活性剂的存在可能会导致体内的二次中毒。第五部分利用伏安法、荧光法、紫外法和圆二色谱同时研究两种环境激素(壬基酚和辛基酚)与DNA的相互作用。固定环境激素浓度,不断增加DNA的量,通过CD光谱进行监测可以发现溶液中DNA的CD信号在壬基酚中增强的程度大于辛基酚,说明与DNA的相互作用过程中壬基酚强于辛基酚。与此同时研究不同温度下的荧光实验,通过Stern-Volmer方程计算得到两种环境激素与DNA的作用常数大小为壬基酚大于辛基酚。电化学实验证明壬基酚和辛基酚与DNA的作用方式为嵌插作用,通过计算得到的结合常数大小为壬基酚大于辛基酚。通过本文的研究可以发现,这些危险物质与DNA的相互作用的主要方式是嵌插作用,嵌插作用的主要作用位点是DNA双螺旋结构中的碱基对,对DNA的基因表达和基因复制有一定的影响,对开发研究低毒性的新药有一定的指导意义。本论文的创新点为:1.采用了多种方法同时研究危险物质与DNA的相互作用,各种研究方法之间的结果相互一致,使得文章的结论更加可信。2.采用化学计量学方法对多种测试手段的所得数据进行同时分析,获得了普通光谱无法得到的络合物浓度。3.通过化学计量学解析得到的浓度信息用来计算物质的结合常数与普通方法计算的结果一致。
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