基本信息
- 项目名称：
- 光信号诱导下偶氮苯类人工受体构象变化的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在仿G蛋白耦合型信号转导的人工超分子系统中引入类似光化学开关的偶氮苯化合物, 用来模拟跨膜受体. 合成了三种人工受体的中间体4,4’-二氨基酸甲酯偶氮苯.并对化合物的1H NMR谱研究. 以3a为主要研究对象, 在两种不同介质, 在365nm的紫外光下进行照射不同时间后, 发现3a从反式变为顺式, 再置于427nm的可见光下, 又从顺式变回反式, 所需时间不同, 并且其最大吸收波长发生了红移.
- 详细介绍：
- 在一种仿G蛋白耦合型信号转导的人工超分子系统中引入类似光化学开关的偶氮苯化合物, 用来模拟跨膜受体. 合成了三种人工受体的中间体4,4’-二氨基酸甲酯偶氮苯(Azo-AAOMe): Azo-PheOMe(3a)、Azo-ValOMe(3b)、Azo-GluOMe(3c), 并对化合物的1H NMR谱进行了研究. 以3a为主要研究对象, 分别在两种不同介质(三氯甲烷和甲醇)中, 在365nm的紫外光下进行照射不同时间后, 发现3a从反式变为顺式, 再置于427nm的可见光下, 又从顺式变回反式, 所需时间不同, 并且其最大吸收波长发生了红移. 为模拟信号转导体系中受体之构象的变化作初步研究.
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 在仿G蛋白耦合型信号转导的人工超分子系统中引入一类偶氮苯结构的化合物模拟跨膜受体。利用具有光致异构结构的偶氮苯类功能基团的作用，为该系统引入了一种外界机械刺激。通过光的激发，实现跨膜受体的构象转变，达到影响信号的传导之目的。思路：偶氮苯是一个典型的光致变色分子, 在不同波长光照射下会可逆地实现顺式-反式异构化．偶氮苯类化合物结构简单应用广泛合成条件温和.根据偶氮苯基团的结构特点，进行光致异构研究
科学性、先进性及独特之处
- 本研究结合了跨膜细胞信号转导和光电分子器件两大生物学和化学领域的研究热点，通过化学方法制备了一种氨基酸甲酯相连的偶氮苯类衍生物Azo-PheOMe， Azo-ValOMe, Azo-GluOMe研究具有很好的理论意义和实际应用价值。本实验为全国首次对人体内传到信号的研究，通过在体外模拟，研究其传导机理。在实际应用中，可以将其导入现有的设备中，使其功能更加完善，更加精确，从而到达分子水平。
应用价值和现实意义
- 1.在生物体外，进行跨膜细胞信号转导将为解明信号转导的机理做出贡献。这在国内尚属首次。 2. 跨膜信号转导是生物体内存在最广泛，也是较为复杂的信号转导体系之一，因此对其进行人工模拟意义重大。 3. 以偶氮苯为基本结构的人工受体在紫外光照射下以顺式构象为主，可与信使分子相结合，在可见光照射下以反式构象为主，不能与信使分子相结合，这一过程可完成由光信号为起始到化学信号为终结的人工信号的跨膜转导。
学术论文摘要
- 生物信号传导是一切生命活动的基础，是细胞个体完成新陈代谢的本质。细胞膜上各个重要环节蛋白质之间的互相作用及生物体系信号传导中重要分子事件的过程和机理, 对生命科学研究意义重大，而跨膜细胞信号转导过程与受体蛋白的结构与功能紧密相连。在生物体外进行跨膜信号细胞转导将为解明信号转导的机理做出贡献。因此，对其进行人工模拟意义重大。本实验引入一种偶氮苯化合物作为化学开关建立在一种仿G蛋白耦合型信号转导的人工超分子系统中来模拟跨膜受体。实验中以苯胺为原料和成的三种人工受体的中间体合成的三种人工受体的中间体4,4’-二氨基酸甲酯偶氮苯, 4,4’-二碘偶氮苯、4,4’-二羟基偶氮苯、4,4’-二羧基偶氮苯 (Azo-AAOMe,Azo-ValOMe, Azo-GluOMe),其中以3a（Azo-PheOMe）为研究对象，在365nm的紫外光下进行照射后会从反式变为顺式，再置于427nm的可见光下其会恢复为反式，因其照射时间不同而恢复时间不同，并且其紫外可见吸收光谱会发生移动，本实验以此为模拟信号转导体系中受体之构象的变化作初步研究。 偶氮苯类化合物对光信号比较敏感，适合作为人工信号转导体系的受体。
获奖情况
- 此项研究为全国首次，所以没发表过
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Sun, D. Y.; Guo, Y. L.; Ma, L. G.; Cui, S. J. Cell Signal Transduction, Beijing: Science Press, 2001:1-170 [孙大业, 郭艳林, 马力耕, 崔素娟, 细胞信号转导, 北京:科学出版社, 2001:1-170] [2] Hancock, J. T. Cell Signaling, UK: Longman, Harlow, 1997 [3] Kikichi, J.; Ariga, K.; Sasaki, Y.; Ikeda, K., J.Mol. Catal. B., 2001, 11: 977 [4] Tian, W. J.; Sasaki, Y.; Fan, S.-D.; Kikuchi, J. Supramol. Chem. 2005, 17, 113 [5] Ikeda, T.; Tsutsumi, O. Science, 1995, 268:1873 [6] Yu, Y.; Nakano, M.; Ikeda, T. Nature, 2003, 425:145 [7] Hugel, T.; Holland, N. B.; Cattani, A.; Moroder, L.; Seitz, M.; Gaub, H. E. Science, 2002, 296:1103 [8] Xie, H.; Liu, Z.; Huang, X.; Guo, J. Eur.Polym.J., 2001, 37:497 [9] Li, Y. B.; He, Y. N.; Wang, X. G. J .Am.Chem.Soc., 2005, 127(8):2402 [10] Wang, L.; Schultz, P. G.; Angew. Chem. 2005, 44:34
同类课题研究水平概述
- 仿生化学的重要性是共知的，模仿动物的行为和能力，使人类离开地面，极大地扩展了活动空间。仿似人类的逻辑思维，开创了计算机和网络时代。在上个世纪物理仿生学取得了极大的成功。二十世纪七十年代以后，由于化学和生物科学的快速发展，对生命过程的理解已达到分子水平，同时也为其巧妙和深奥感到惊叹。生命体中的一切现象和化学反应在本质上都是最科学合理的，因此在二十世纪八十年代产生了仿生化学领域。到目前为止，已经开发研制成功许多人工体系，如人工酶体系、人工膜体系和人工光合成体系等。在二十世纪九十年代，诺贝尔化学奖获得者Jean-Marie Lehn提出利用超分子构建分子器件的概念，使仿生化学进入了新的境界，因而引起科学界的更大关注。本作品是以生物体系细胞信号转导机制为理论根据和范样，在生物体外构建能够表达生物体系功能的人工信号转导超分子体系中的部分内容。 细胞信号转导系统具有网络性、对生物信息的快速响应性和级联放大效应等。利用人工体系对转导系统的机理进行生物体外探讨，无论对基础研究还是应用研究都是非常有益的。世界首例人工离子通道研究采用有机合成、超分子化学等手法已经取得成功，不仅体现了生物传感器的功能，如对DNA的检测等，反之对细胞信号转导理论作出了辅证，但这是转导体系中比较简单的一种，对较复杂转导途径进行人工化的研究工作，现在尚处于起步阶段，据了解国外从事此类研究的机构呈增长趋势，但都处于初级发展阶段。 而对偶氮苯类化合物的研究则比较成熟，国内外的不少研究小组利用有机材料这种性质，发展新型的光器件。还有将偶氮苯基团引入高分子体系，研究新型偶氮聚合物，目前已报道的偶氮聚合物体系主要包括: (1)主2客体掺杂型体系,例如甲基橙掺杂聚甲基丙烯酸酯(MO/ PMMA) ; (2)含偶氮苯光学活性侧基的接枝共聚型体系; (3)含偶氮基团的小分子单体通过缩聚、 加聚等反应生成聚合物的化学键合型聚合体系。但将偶氮苯基团引入人工受体，用以研究跨膜细胞信号转导人工体系中，利用其光致异构化的特性，研究从由光信号为起始到化学信号为终结的人工信号的跨膜转导过程，目前来看在国内可能是首次。这是本作品的最大意义之所在。
