核苷的化學(xué)修飾研究及光信息基因材料的合成.pdf

1、摘要近年來，我們提出了光信息基因材料的概念，通過化學(xué)和生物學(xué)的方法把光信息材料嫁接到基因上，把信息科學(xué)和生命科學(xué)的特點(diǎn)融合到一起，形成一個新的交叉邊緣研究領(lǐng)域一光信息基因?qū)W。這種光信息基因材料將可能在光信息存儲、光開關(guān)、光調(diào)控、光通訊和運(yùn)算功能等方面有非常大的突破，對基因本身的性能也將產(chǎn)生影響，在基因治療、基因檢測等方面可能會有非常特殊的作用。本文對核昔的化學(xué)修飾工作進(jìn)行了比較深入和廣泛的研究。對核昔堿基部分和核糖部分的化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)活

2、性進(jìn)行了初步分析，發(fā)現(xiàn)了比較適合進(jìn)行化學(xué)修飾的部位和反應(yīng)類型。并在核昔選定的位置引入具有特殊功能的基團(tuán)如光信息材料及藥物分子等，所合成的新化合物將在信息科學(xué)，生命科學(xué)等高科技領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。首次將螺環(huán)類光致變色化合物(螺毗喃、螺啥嚓)通過DCC縮合的方法直接連接到四種不同核昔(腺昔，胞昔，肌昔和尿昔)的核糖5一位，并設(shè)計(jì)合成了11種帶有不同氨基酸連接臂的螺毗喃化合物，進(jìn)一步將它們鍵合到四種核昔上，得到40多個光致變色化合物修飾的核

3、營衍生物，并研究了這些化合物的光致變色性能，為光信息基因材料的進(jìn)一步開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)首次將苯并吩唔嗓類近紅外熒光化合物通過DCC縮合的方法直接連接到腺昔和尿營上，進(jìn)行了新型近紅外熒光生物探針的開發(fā)在前人的基礎(chǔ)上，研究了氨基酸及其衍生物對核昔堿基部分及核糖部分的修飾反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了兩類比較容易進(jìn)行的將氨基酸衍生物引入核昔的反應(yīng)類型，并合成了氨基酸酷連入腺昔和尿昔堿基的化合物以及Fmoc保護(hù)氨基的氨基酸連入尿昔核糖5’一位的化合物，這些化合

4、物可能具有潛在的藥物活性，并且在基因治療及藥物分子設(shè)計(jì)等方面有潛在的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:核昔，化學(xué)修飾，光信息材料，光信息基因材料，氨基酸第一部分緒論第一部分緒論信息科學(xué)和生命科學(xué)是21世紀(jì)關(guān)鍵性兩大學(xué)科。一方面，隨著信息技術(shù)日新月異的進(jìn)步，新的信息載體、信息傳遞和存儲介質(zhì)等得到了空前的發(fā)展。光作為一種特殊的信息源和信息載體，在現(xiàn)代信息科學(xué)中扮演著越來越重要的角色，在光計(jì)算、光開關(guān)、光存儲、光通信、光電信息技術(shù)等高科技領(lǐng)域成為研究的焦點(diǎn)。

5、光信息材料作為光信息儲存、記錄和表達(dá)的載體也日益成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，光致變色、熒光、光致發(fā)光等光信息材料己經(jīng)應(yīng)用于諸如二維和三維光信息存儲、生物信息采集和傳遞等領(lǐng)域【131。另一方面，作為生命科學(xué)核心研究內(nèi)容之一的基因本身就是一類特殊的信息材料，它通過DNA雙螺旋兩條鏈之間核酸堿基的特異性互補(bǔ)配對能力而承載信息，從1994年開始出現(xiàn)并得到快速發(fā)展的對DNA(RNA)計(jì)算機(jī)的研究正是利用了基因的信息屬性‘4.51近年來，我們提出了光信

6、息基因的概念，通過化學(xué)和生物學(xué)的方法把光信息材料嫁接到基因上，把信息科學(xué)和生命科學(xué)的特點(diǎn)融合到一起，形成一個新的交叉邊緣研究領(lǐng)域一光信息基因?qū)W。我們設(shè)想用化學(xué)合成的方法將光致變色材料直接(或通過連接臂)連接到核昔的核糖或堿基上，實(shí)驗(yàn)取得一定進(jìn)展后，再篩選具有不同變色性能(指不同波長的光脈沖觸發(fā)變色過程W和呈現(xiàn)不同的顏色變化)的光致變色化合物分別連接到不同核昔的特定位置上，再用當(dāng)前普遍采用的固相合成法(DNA合成儀)將光致變色化合物修飾的

7、核昔按照特定的序列連接起來，成為寡聚核昔酸，最后再用生物方法將其引入具有研究價(jià)值的基因片段中，得到光信息基因材料。當(dāng)用光脈沖照射這種材料時，材料中光致變色化合物的信息功能受到激發(fā)而開啟，實(shí)現(xiàn)光信息的存儲、傳遞和表達(dá)當(dāng)用不同波長的光脈沖激發(fā)時(多波段光激發(fā))，就可以開啟不同光致變色材料的信息功能，實(shí)現(xiàn)多頻道光信息存儲，使光信息存儲的密度和容量得到空前提高。用這種材料制成光盤、用到計(jì)算機(jī)上或傳感器上，再利用現(xiàn)有的DNA計(jì)算技術(shù)開啟基因的信息