基于迈克尔加成反应的荧光类脂囊泡的合成

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构建具有特定结构功能的原始细胞,是探索原始生命形式的重要环节。常用于原始细胞构建的结构包括磷脂囊泡、脂肪酸囊泡、高分子囊泡、蛋白质胶囊、凝聚态液滴和油滴等。其中,囊泡结构具有由两亲分子构成的界面,其结构最类似现有的细胞结构。现代细胞结构的主要构成成分是磷脂,然而磷脂的结构较为复杂,其体内合成是复杂的多步催化反应。想要模拟从原始环境中生成磷脂囊泡结构,就需要从均一的水相中产生具有长疏水链的两亲分子,这在过去是十分困难的。本文选择用二溴马来酰亚胺(DBM)与硫醇的点击反应来实现类脂分子的原位生成过程。二溴马来酰亚胺-硫醇点击反应是一种新颖的桥接方式,除了具有点击反应的高效、高转化率的优点之外,相较于传统的马来酰亚胺-硫醇点击反应,该反应保留了马来酰亚胺基团中原有的双键,因而其生成物具有显著的黄色荧光。此外,该反应计量比为1:2,即生成双取代产物。二溴马来酰亚胺与长链硫醇反应所获得的产物具有类磷脂的双疏水链结构。本文通过二溴马来酰亚胺高效的点击反应,原位生成直径在5微米以上、具有显著黄色荧光的液滴。此外,液滴具有光敏特性,对450-460 nm蓝光显著响应,光照下形态由液滴迅速转变为囊泡。本文探索了液滴前体与巨型囊泡形成的过程,对原位反应的动力学进行多方面的表征,并探索了其作为疏水性运载工具等方向的潜力。本文主要研究及结果:(1)以具有羧酸头基的巯酯与DBM分子作为反应物,利用DBM与硫醇的点击反应,在水相中生成大量具有黄色荧光的液滴,并在特定波长光照下转变为直径微米级的囊泡。荧光显微镜观察下,蓝光引起的液滴的光致转变在两分钟左右即可完成。长疏水链取代的马来酰亚胺产物经光解后生成硫醇取代的马来酰亚胺。(2)利用多种手段研究了反应的动力学过程。证实水相中DBM的点击反应是两阶段式的,即首先大量生成单疏水链取代的产物,进而转化为双疏水链取代产物。这种两阶段式特征来源于反应物与单取代产物之间存在的亲电性的差异。由于产物TBM、DTM均显色,且DTM在540 nm左右有荧光,故可通过测定反应过程中的任一时刻的吸收曲线与荧光发射来监测任一时刻反应进行的程度。(3)使用原位生成的聚集体负载具有一定疏水性的脂肪酶,并进行后续的催化反应。在原位负载过程中,脂肪酶一方面能通过催化巯酯水解催化聚集体自身的生成,另一方面能随反应进程原位地负载在生成的囊泡表面,此时脂肪酶仍然具有催化活性,可以催化p NPA、4-甲基伞形酮丁酸酯等底物的水解。由于产物DTM具有显著荧光特征,同时可作为荧光共振能量转移的供体或受体,以表征所处环境中分子间排列紧密程度的变化。而对于该原位生成膜的进一步改性,可以通过反应初期添加少量膜稳定因子来实现。
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