香豆素類熒光探針在檢測方面的研究進展

1、2010年第 41卷第 9期 浙 江 化 工 分 析 測 試香豆素類熒光探針在檢測方面的研究進展劉 江 1張小琴1韓 雋 2劉俊彪2黃 鋒 1馬彬彬1王宇光 1(1. 浙江工業(yè)大學生物與環(huán)境學院 , 浙江 杭州 310011;2. 江蘇七洲綠色化工股份有限公司 , 江蘇 張家港 215600摘 要 :香豆素類衍生物具有很好的熒光性能 , 所以香豆素類熒光探針的開發(fā)利用受到越來越廣泛的關注 , 如單胺氧化酶 、 過氧化氫 、 -內(nèi)酰胺酶基因等熒光探針 。關鍵詞 :香豆素 ; 熒光探針 ; 單胺氧化酶文章編號 :1006-4184(2010 09-0027-05收稿日期 :2010-04-29作者

2、簡介 :劉江 (1986-, 男 , 浙江江山人 , 在讀碩士研究生 , 主要從事生物有機化學的研究 。0前言熒光探針指的是一類在紫外 -可見 -近紅外區(qū) 有特征熒光 , 并且其熒光性質 (激發(fā)和發(fā)射波長 、 強 度 、 壽命 、 偏振等 可隨所處環(huán)境的性質 , 如極性 、 折 射率 、 粘度等改變而靈敏地改變的熒光性分子 。 熒 光探針的優(yōu)點有很多 , 比如說它有很高的靈敏度和 選擇專一性 , 反應時間短 , 樣品不需要復雜的提純 , 不具有破壞性等等 1, 在分析化學 , 特別是在生物分 析中有較廣泛的應用 2-4。 由于大多數(shù)生物分子本身 無熒光或熒光較弱 , 檢測靈敏度較差 , 人們用

3、強熒 光的標記試劑或熒光生成試劑對待測物進行標記或 衍生 , 生成具有高熒光強度的共價或非共價結合的 物質 , 使檢出限大大降低 , 這就是熒光探針技術 。 熒 光探針的作用有很多 , 最常用于熒光免疫法中標記 抗原或抗體 , 亦可用于表面活性劑膠束 、 雙分子膜 、 多種離子 , 蛋白質活性位點等微環(huán)境特性的探測5-8。尤其近年來發(fā)展起來的熒光化學傳感器和 分子信 號系統(tǒng)的應用已深入到藥物學 、 生理學 、 環(huán)境科學 、 信息科學等多個領域 。 目前用于標記或衍生的熒光 探針主要有香豆素類 、 羅丹明類 、 鄰苯二甲醛類等 化合物 。香豆素及其生物應用于 染料 、 醫(yī)藥 、 香 料和農(nóng) 藥的

4、文獻已有很多的報道 , 不過香豆素類衍生物在 熒光探針方面的報道在國內(nèi)還不多見 9-11。 香豆素類 化合物是一種具有強烈熒光的化合物 , 通過內(nèi)酯結 構使二苯乙烯化合物中雙鍵被同定為反式 , 使得雙 鍵的旋轉被阻抑起來 , 提高其光穩(wěn)定性 , 從而使得 原來熒光量子效率較低的二苯乙烯化合物轉 變?yōu)?量子效率較高的香豆素化合物 , 避免了二苯乙烯化 合物在紫外光照射下順 /反式的相互轉化 12-15。 香豆 素類衍生物具有很高的光量子穩(wěn)定性及光致發(fā)光量 子效率 , 因此在國外被廣泛應用于熒光探針的檢測 。1香豆素類單胺氧化酶 (MAO 的熒光探針單胺氧化酶 (Monoamine oxidase

5、, MAO 是機體 內(nèi)參與胺類物質代謝的主要酶類 , 位于線粒體外膜 質 , 分為 MAO-A 和 MAO-B 兩種類型 。 單胺類物質 在機體內(nèi)具有重要的生理功能 , 單胺氧化酶的活性 異常可引起機體多種功能障礙 , 形成疾病狀態(tài) , 如 帕金森氏病 、 老年癡呆癥及近年來都市中較為流行 的抑郁癥等均與 MAO 活性異常有關16-18。 2004年27-Vol. 41No. 9(2010 ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRYChen 等 19對香豆素類衍生物進行了改進 , 合成了具 有檢測 MAO 生物活性的熒光探針 , 機理見 Scheme 1。 他們合成了 1, 3, 5

6、探針 , 發(fā)現(xiàn)在 MAO 的作用下 都生成了具有熒光性質的化合物 2, 4, 6(Scheme 2。2008年陸優(yōu)優(yōu)等 20利用香豆素 衍生物設計 了 又一種簡便有效的 MAO 探針 , 首先引入側鏈基團 使得香豆素的熒光猝滅 (Scheme 3, 然后在 MAO 的作用下 , 該側鏈基團脫掉 , 使得原來被猝滅的熒 光又恢復 。 該探針設計簡便 , 容易操作 , 因而被廣泛 應用于單胺氧化酶的檢測 。Scheme 2 Scheme 1 Scheme 22香豆素類 -內(nèi)酰胺酶基因探針 -內(nèi)酰胺酶是細菌體內(nèi)酶系的一種 , 他對于盤 尼西林以及其它的內(nèi)酰胺類抗生素具有很高的催 化效率 , 可以給予

7、細菌對于該類藥物的抗藥性 , 那 么 對 于 該 類 基 因 是 否 在 于 細 菌 體 內(nèi) 表 達 , Gao Wenzhong 等 21利用香豆素類衍生物設計了如下探 針 (Scheme 4, 首 先 合 成 探 針 CC1和 CC2, 如 果 細 菌體內(nèi)該基因表達了 -內(nèi)酰胺酶 , 那么 -內(nèi)酰胺 酶就會使得與香豆素相連的側連基團斷裂 , 這時就 會有很強的熒光產(chǎn)生 。 通過熒光的產(chǎn)生與否就能判 斷該細菌體內(nèi)的 -內(nèi)酰胺酶基因是否表達 。28 -2010年第 41卷第 9期 浙 江 化 工 3香豆素類過氧化氫熒光探針過氧化氫是一個重要的活性氧 (ROS 因子 , 存 在活的生物體的器官中

8、 , 其穩(wěn)態(tài)可以有不同的生理 和病理的結果 , 過氧化氫和其他活性氧氧化劑之間 的平衡與許多疾病有關病比如癌癥心血管的 混亂 和阿爾茨海默氏癥及相關的神經(jīng)退行性疾病 。 另一 方面 , 有新的證據(jù)顯示過氧化氫可能在細胞信號轉 換過程中作為第二信使 。 Nobuaki Soh 等 22設計了香 豆素類的 H 2O 2探針 DPPEA-HC(Scheme5 , 該探針 受其它活性氧因子干擾少 , 專一性強 , 準確度高 。Scheme 4 Scheme 5Albers A E 等 23設計了香豆素類 H 2O 2的 FRET (能量共振轉移 探針 (Scheme 6, 該探針利用能量 共振轉移的原

9、理 , 當環(huán)境中 H 2O 2不存時 , 這是觀察 到的是香豆素結構的發(fā)射波長 。 如果環(huán)境中有 H 2O 2存在下 , 使得兩個熒光基團可以相互的靠近 , 能量 發(fā)生轉移 , 香豆素結構的發(fā)射波長正好被熒光素基 團吸收 , 熒光素基團再發(fā)出一個發(fā)射波長 , 由于光 子經(jīng)過多次轉移能量變?nèi)醪ㄩL變長 , 使得能觀察到 的激發(fā)波長和發(fā)射波長位置相距更遠 , 更容易被檢 測 , 不容易引起計算的偏差 , 同時該探針還具有很 好的選擇性 。Scheme 629 -Vol. 41No. 9(2010 ZHEJIANG CHEMICAL INDUSTRYDu Lu-pei 等 24利用 Click 修飾設

10、計了香豆素類 H 2O 2探針 (Scheme 7, 該探針巧妙的利用了 Click 反應修飾了香豆素基團 , 使其熒光強度更強 , 并且 使其激發(fā)波長增加了 70nm , 大大增加了 Stoke 位移 , 更加有利于觀察和檢測 , 準確度更高 。 該探針同樣具 有很好的選擇性 , 且合成材料相對便宜 , 方法相對簡 單 , 有很好的應用價值 。4香豆素類的 CN 離子探針氰化物在有機合成中是非常有用的試劑 。 常用 來在分子中引入一個氰基 , 生成有機氰化物 , 即腈 。 例如紡織品中常見的腈綸 , 它的化學名稱是聚丙烯 腈 。 腈通過水解可以生成羧酸 ; 通過還原可以生成 胺等 , 還可以

11、衍生出其它許多的官能團來 。氰化物擁有令人生畏的毒性 , 其毒性跟 CN 離 子對重金屬離子的超強絡合能力有關 。 CN 離 子主 要跟細胞色素 P450中的金屬離子結合 , 從而使其 失去在呼吸鏈中起到的傳遞電子能力 , 進而使中毒 者死亡 。 氰化物中毒一般都很迅速 。 臨床上常用的 搶救方法是用硫代硫酸鈉溶液進行靜脈注射 , 同時 使那些尚有意識的病人吸入亞硝酸異戊酯 進行血 管擴張來克服缺氧 。 常見的氰化物中毒原因是誤食 含氰果仁 , 比如生桃仁等 。 Kim Gun-Joong 等 25設計 了香豆素類的 CN 離子探針 (Scheme 8, 該探針對 CN 離子有很好的選擇性 ,

12、 且其檢測最低濃度約為 3.0mol/L。 利用該探針幾乎可以通過肉眼來判別是否 有 CN 離子的存在 , 因為當環(huán)境中有 CN 離子存在 時 , 該探針的顏色會從淡淡的橘黃色 (1變成粉色 (2。Scheme 85總結隨著香豆素類化學 、 合成化學 、 分子生物學 、 分 子藥理學的發(fā)展 , 可望有更多的香豆素類探針的開 發(fā)和應用 , 尋找有效的專一性強的低毒的香豆素類 探針已成為疾病監(jiān)測和藥物開發(fā)的新方向 。參考文獻 :1Bosch P, Catalina F, Corrales T, et al. Fluorescent probes for sensing processes in p

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16、ent Probe in DetectionLIU Jiang 1, ZHANG Xiao-qin 1, HAN Jun 2, LIU Jun-biao 2,HUANG Feng 1, MA Bin-bin 1, WANG Yu-guang 1(1.College of Biologial and Environmental Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310011,China ; 2. Jiangsu Sevencontinent Green Chemical Co., Ltd., Zhangjiagang

17、 215600, China Abstract:Coumarins have higher fluorescence property and its exploitations in fluorescent probe have attracted more and more attention. They were widely applied on Monoamine oxidase, H 2O 2and -Lactamases gene detection.Key words:coumarin; fluorescent probe; monoamine oxidase and 6-hy

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