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Pb~(2+)诱导G四联体的构象转变及催化氧化低价钌大环配合物的动力学机理
作 者: 刘伟
导 师: 梁好均; 刘大铸
学 校: 中国科学技术大学
专 业: 高分子化学与物理
关键词: 四联体 DNA 凝血酶适配体 人类端粒 结构转换 二价大环钌配合物
分类号: O643.32
类 型: 博士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
本论文的工作主要分为两部分,第一部分是关于金属离子诱导富G脱氧核苷酸产生结构转变的动力学和机理研究;第二部分是关于过氧化物氧化催化二价钉大环配合物的动力学和机理研究。富含鸟嘌呤的DNA在配位阳离子(如K+,Na+,Pb2+)存在下,可以折叠成一种称作G-quadruplex(G四联体)的四链螺旋结构。G四联体DNA在分子生物学、生物医学和分析化学等领域具有十分广阔的应用前景。本论文工作中,首次从动力学角度研究探讨了不同富G序列DNA形成G四联体的结构转变,并探讨了不同的DNA序列和G四联体形成的内在联系。主要研究内容与创新点可分为以下几个方面:(1)系统研究了凝血酶适配体(TBA)不口PS2.M在金属离子(K+,Na+,Pb2+)存在下形成G四联体结构的构象转变,并且进一步研究了Pb2+对K+/Na+稳定的G四联体结构的影响,研究发现:Pb2+具有极强的诱导作用,不仅能够诱导富G序列DNA形成规整的G四联体结构,而且可以诱导K+/Na+稳定的G四联体发现结构转变,形成更加稳定的G四联体结构;在形成G四联体的过程中,Na+与Pb2+之间存在着协同作用,而K+与Pb2+之间存在着较强的竞争关系。(2)为了探究DNA序列对G四联体DNA的形成与结构的影响,研究了TBA及人体端粒DNA(HTG/T2)形成G四联体的动力学。发现:G4平面数目越多,G四联体的熔融温度越高;同时G四联体的结构稳定性受到连接G4平面的碱基数目的影响,如T2形成的G四联体熔融温度最高,但由于其有限的连接碱基数目,具有较弱的结构稳定性。同时,TBA与HTG由于其独特的序列组成,可以快速形成稳定的G四联体结构。金属氧化物可以用来催化氧化很多有机、无机化合物,芬顿(Fenton)反应由于其极强的氧化性,其在应用化学、生物化学等领域都有着很重要的研究意义。本论文对过氧化物(H2O2,TBHP)NO3-,BrO3-)氧化催化二价大环钌配合物的动力学及机理进行了探讨。研究表明H2O2/TBHP氧化二价钉化合物包含两个清晰的步骤,即RuⅡ→RuⅣ和RuⅣ→RuⅥ。准一级反应速率常数与底物H2O2或TBHP的浓度成正比,且皆与还原剂RuⅡ的浓度无关。质谱实验进一步论证此反应为氧原子转移机理进行的。N03-氧化RuⅡ包含两个清晰的步骤,即RuⅡ→RuⅣ和RuⅣ→RuⅥ,基于实验结果提出了氧原子转移机理;而Br03-氧化RuⅡ包含三个清晰的步骤,即RuⅡ→RuⅢ,RuⅢ→RuⅣ和RuⅣ→RuⅥ,基于实验数据提出了电子转移机理。
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全文目录
ABSTRACT 5-8 ACKNOWLEDGEMENTS 8-12 TABLE OF CONTENTS 12-16 LIST OF TABLES 16-17 LIST OF FIGURES 17-21 ABBREVIATIONS 21-22 Chapter 1 General Introduction 22-48 1.1 Metal Ion-Modulated DNA in Biological Systems 23-32 1.1.1 DNA Structural Diversity 23-24 1.1.2 G-quadruplex 24-25 1.1.3 Sequence and Loop Length of G-quadruplex 25-27 1.1.4 G-quadruplex Modulator 27-29 1.1.4.1 Metal Cations 27-28 1.1.4.2 Small Molecules 28-29 1.1.5 Structural Competition 29-30 1.1.6 Biophysical Methods 30-32 1.2 Metal-oxo Species in Biological Systems 32-48 1.2.1 Oxidation Mechanism 32-39 1.2.1.1 Electron Transfer Reaction 32-35 1.2.1.2 Hydrogen Atom Transfer Reaction 35-37 1.2.1.3 Hydride Transfer Reaction 37-38 1.2.1.4 Oxygen Atom Transfer Reaction 38-39 1.2.2 Examples of Metaloxo Species 39-45 1.2.2.1 Cytochrome P450s Enzymes 39-42 1.2.2.2 Methane Monooxygenase 42-44 1.2.2.3 Photosystem Ⅱ 44-45 1.2.3 Ruthenium-oxo Complex 45-48 Chapter 2 Aims and objectives 48-52 Chapter 3 G-quadruplex Formation and Conformational Changes in a G-uadruplex of TBA Induced by Pb~(2+) 52-68 3.1 Introduction 53-55 3.2 Experimental 55-57 3.2.1 Materials 55 3.2.2 Circular Dichroism 55 3.2.3 Equilibrium Titration 55-56 3.2.4 Thermal Denaturation Studies 56 3.2.5 Kinetic Studies 56-57 3.3 Results and Discussion 57-66 3.3.1 CD Spectra 57-58 3.3.2 Folding Equilibrium 58-60 3.3.3 Thermal Denaturation Studies 60-61 3.3.4 Folding Kinetics 61-66 3.3.4.1 G-quadruplex Formation of TBA 61-63 3.3.4.2 Conformational Switch in a G-quadruplex of TBA 63-66 3.4 Conclusion 66-68 Chapter 4 G-quadruplex Formation and Conformational Switch in a G-quadruplex of PS2.M Induced by Pb~(2+) 68-83 4.1 Introduction 69-71 4.2 Experimental 71-73 4.2.1 Materials 71 4.2.2 Circular Dichroism 71 4.2.3 UV-Vis Absorption Titration 71-72 4.2.4 Thermal Denaturation Experiments 72 4.2.5 Stopped-Flow Studies 72-73 4.3 Results and Discussion 73-82 4.3.1 CD Spectroscopy 73-74 4.3.2 Folding Equilibrium 74-75 4.3.3 Thermal Denaturation Profiles 75-76 4.3.4 Stopped-Flow Studies 76-82 4.3.4.1 Spectral Changes of PS2.M 76-77 4.3.4.2 Kinetics of G-quadruplex Formation of PS2.M 77-79 4.3.4.3 Conformational Switch in a G-quadruplex of PS2.M 79-80 4.3.4.4 Mechanism of Structural Transition 80-82 4.4 Conclusion 82-83 Chapter 5 G-quadruplex Formation and Sequence Effect on the Assembly of G-rich Oligonucleotides Induced by Pb~(2+) 83-98 5.1 Introduction 84-86 5.2 Experimental 86-89 5.2.1 Materials 86 5.2.2 Circular Dichroism 86 5.2.3 UV-Vis Absorption Titration Experiments 86-87 5.2.4 Thermal Denaturation Studies 87 5.2.5 Stopped-flow Kinetic Studies 87-89 5.3 Results and Discussion 89-97 5.3.1 CD Spectra 89-90 5.3.2 Folding Equilibrium 90-92 5.3.3 Thermal Denaturation Profiles 92-93 5.3.4 Kinetic Studies 93-97 5.3.4.1 Spectral changes of the Formation of Pb~(2+)-induced G-quadruplexes 93-94 5.3.4.2 Kinetics of the Pb~(2+)-induced Folding G-quadruplexes 94-95 5.3.4.3 Mechanism of the G-quadruplexes formation 95-97 5.4 Conclusions 97-98 Chapter 6 Oxidation of trans-[Ru~Ⅱ(TMC)(OH_2)_2]~(2+) by Hydrogen Peroxide and tert-Butyl Hydroperoxide 98-112 6.1 Introduction 99-102 6.2 Experimental 102-104 6.2.1 Materials 102 6.2.2 Preparation of Deuterium Peroxide (D_2O_2) 102 6.2.3 Product Analysis 102-104 6.3 Results and Discussion 104-112 6.3.1 Kinetics of the Oxidation of trans-[Ru~Ⅱ(TMC)(OH_2)_2]~(2+) by H_2O_2 104-108 6.3.2 ESI/MS Studies of the Oxidation of trans-[Ru~Ⅱ(tmc)(OH_2)_2]~(2+) 108-110 6.3.3 Discussion 110-112 Chapter 7 Oxidation of trans-[Ru~Ⅱ(tmc)(OH_2)_2]~(2+) by Nitrate and Bromate 112-124 7.1 Introduction 113-115 7.2 Experimental 115-116 7.2.1 Materials 115 7.2.2 Product Analysis 115-116 7.3 Results and Discussion 116-124 7.3.1 Oxidation of [Ru~Ⅱ(TMC)(OH_2)_2]~(2+)by NO_3~- 116-119 7.3.2 Oxidation of [Ru~Ⅱ(TMC)(OH_2)_2]~(2+)by BrO_3~- 119-123 7.3.3 Discussion 123-124 Chapter 8 Conclusion 124-126 Chapter 9 References 126-142 摘要 142-144 绪论 144-148 1.1 G-四联体 144-146 1.2 低价钌大环配合物 146-148 结果与讨论 148-165 结论 165-166 参考文献 166-168 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 168
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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学(理论化学)、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化反应
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