（生物医学工程专业论文）卟啉—组氨酸体系的合成及其分子识别行为的初步研究.pdf

中国协和医科大学硕士学位论文 a b s t m c t i nr e c e n ty e a r s ，m o l e c u l a rr e c o g n i t i o nh a sd e v e l o p e dr a p i d l ya n dm i n e do u tt ob ea f r o n tt o p i ci np o r p h y r i nc h e m i s t r y t ob eaf o v a r a b l eh o s t , p o r p h y r i nc o nr e c o g n i z e m u l t i f a r i o u si o na n db i o a c t i v em o l e c u l e ，w h i c hc o u l db eu s e di nt h ef i e l do fe n z y m e a n a l o g u e 、p h o t o t h e m p y 、m o l e c u l a rp r o b e a n ds oo n a l t h o u g hs o n l ef o c t i o n so f n a t u r e e n z y m eh a v e b e e ni m i t a t e d , t h e r ei ss t i l lal o n gt i m et oa p p l i c a t ea r t i f i c a le n z y m ei n h u m a nb o d y p e o p l ea l w a y sp a ym o r ea t t e n t i o nt ot h ea b i l i t yo fc a r r yo x y g e nf o r s i m u l a t i n gh e m o g l o b i n , b u tt h e yh a v ei g n o r e dt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e n c a r b o nd i o x i d e a n dh e m o g l o b i n ht h i sa r t i c l e , w eh a v ed e s i g n e da “p o r p h y r i n - h i s t i d i n e s y s t e m n o r d e r t os t u d y t h ee f f e c t o f c a r b o n d i o x i d e w i t h “p o r p h y r i n - h i s t i d i n e c o m p o u n d s t h e m a j o r c o n t e n t s o f t h i s a r t i c l e a r es h o w n a s f o l l o w s ： 1 s y n t h e s i so f “p o r p h y r u - h i s t i d i n e s y s t e m s y n t h e s i so f p o r p h y r i n - h i s t i d i n e s y s t e m ；b yr e m o v i n gp r o t a n c t a n tg r o u p ， d i f f e r e n tc o m p o u n dw e i es y n t h e s i z e dt h a tc o n t a i n e db o t hf r e ea m i n og r o u pa n df r e e i m i d a z o l eg r o u po ra l t e m a f i v e 2 c o m p a r i n g t h e m o l e c u l a r r e c o g n i t i o n o f d i f f e r e n t c o m p o u n d s t u d yt h ei n f l u e n c eo fa m i n oo ri m i d a z o l eg r o u po nm o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ；s t u d y t h ei n f l e n c eo fw a t e rd r a i n ；s t i l d yt h el i f l e n c eo fs t e r c o s p o c i f i cb l o c k a d e t h er e s u l t s s h o w e dt h a td i f f e r e n tc o m p o u n dh a dd i f f e r e n tr e c o g n i t i o na c t i o nw i t hh c 0 3 , c o 产， h 2 p 0 4 , 珊q s 0 4 2 , s 0 3 二t h es e l e c t i v i t yo fi o nr e c o g n i t i o nh a st ob ee f f e c t e db y w a t e rd r a i na n ds t c r e o s p e c i f i eb l o c k a d e 3 c o m p a r i n g t h ea b i l i t yo fd i f f e r e n tc o m p o u n d sa b s o r b i n gc 0 2 o nt h eb a s i so fb a l e n c et h e o r yo fa i rp r e s s , as i m p l ed e v i c ew a sd e s i g n e dt od e t e c t a b s o p f i o no fc a r b o nd i o x i d e s t u d yt h ea b s o r p t i o na b i l i t yo fd i f e r e n tc o m p o u n d s t u d y t h ei n f l u e n c eo fw a t e rd r a i n ；s t u d yt h ei n f l u e n c eo fs t e r e o s p e c i f i cb l o c k a d e t h e r e s u l t ss h o w e dt h a to n l yf r e ea n l i n og r o u pi ne x i t c n c eh a st h ea b i l i t yo fa b s o r b i n g c r r b o nd i o x i d ea n dw a t e rd r a i na n ds t e r e o s p e c i f i cb l o c k a d ea l ed i s a d v a n t a g e o u s i naw h o l ew o r d , t h es e l e c t i v er e c o g n i t i o nw i t hd i 伍e r e n ti o n sd e p e n d so nw a t e r 2 中国协和医科大学硕士学位论文 d n i na n ds t c r e o s p e c i 丘cb l o c k a d ea n ds oo ni nt h es y n t h e t i c a l p o r p h y m - h i s c o m p o u n d s a n dt h ea b s o r p t i o no fc a r b o nd i o x i d eb e n e f i t sf t o mt h ef z e er 1 1 i l n og r o u p i nt h e i rs t r u c t u r e k e yw o r d ：p o r p h y r i n - h i s t i d i n e ；m o l e c u l a rr e c o g n i t i o n ；c a r b o nd i o x i d e 3 中国协和医科大学硕士学位论文 第一章前言 卟啉类化合物是一类在卟吩环上带有取代基的大环化合物的总称。卟吩是由 4 个毗咯环和4 个次甲基桥联起来的大共轭体系。卟吩分子中4 个吡咯环的8 个 氢原子和4 个中位的氢原子均可被其它基团所取代，生成各种各样的卟吩衍生 物，即为卟l i 类化合物。卟啉及其衍生物广泛存在于生物体内和与能量转移相关 的重要细胞器内。在动物体内主要存在于血红素( 铁卟啉) 和血蓝素( 铜卟啉) 中， 在植物体内主要存在于维生素m 2 ( 钴卟啉) 和叶绿素( 镁卟啉) 中，是血细胞载氧 进行呼吸作用和植物细胞进行光和作用过程中的关键物质。因此，引起了化学家 和生物学家的极大兴趣。卟啉类化合物因其特定的化学结构，作为主体分子有着 独特的优势，而且随着生命科学的不断发展，现已将卟啉类化合物应用于酶模拟、 光疗、肿瘤的靶向性杀伤、分子探针等领域。 第一节卟啉类化合物的阴离子、生物分子识别作用 1 卟啉类化合物对阴离子的识别作用 相对于阳离子而言，阴离子具有多样的几何构型( 球形、平面型、四面体型 等1 ，半径较大，电荷密度小，易受溶剂效应影响的特点。近年来，已有多种相 互作用方式如氢键作用、静电相互作用和路易斯酸中心阴离子配位作用等，相继 应用于阴离子受体化合物的设计和合成。 卟啉化合物作为阴离子受体的优点：( 1 ) 具有电子共轭的平面结构，很适合 作为设计立体结构分子的框架；( 2 ) 卧啉化合物具有较大的平面，对轴向配体周 围的空间容积和相互作用方向的控制余地较大；( 3 n - 啉化合物的种类具有多样 性，母体卟吩具有4 个中位和8 个b 吡咯位置用以立体分子设计；( 4 ) 拥有生色基， 可以在光谱上较灵敏地反应出卟啉与环绕分子间相互作用的微小变化。 最近，m i r o s l a vd u d i e “1 等合成了杯芳烃卟啉化合物完成了对阴离( a 。，b r ， r ，n 0 f ) 的识别，各种阴离子与酰氨中的氢( n - h ) 相结合形成稳定的结构( 如图1 1 ) 。 y e o n - h w a nk i m 合成的z n t p p 四、s t e p h e nd s t a t u e s 合成的卟啉化合物啪d e n s h 等合成的栏栅状卟啉化合物m 都是构建了酰氨键与阴离子结合。研究的阴离子多 4 中国协和医科大学硕士学位论文 为卤素阴离子、磷酸二氢根、醋酸根、硫酸氢根等。 图1 1 杯芳烃卟啉化合物对阴离子的识别 f i g1 1a n i o nr e c o g n i t i o no fc a l i x - p o r p h y r i nc o m p o u n d 2 卟啉类化合物对生物分子的识别作用 2 1 卟啉对氨基酸及其衍生物的识别 氨基酸是构建生物机体的众多生物活性大分子之一，卟啉对氨基酸的分子识 别主要是依靠配位键、氢键及静电等作用完成的。金属卟啉，如常采用的z n 卟 啉旧和锰卟啉伽( 图1 2a ) ，具有i 觑豳酸( 刎、盐桥及疏水结合区0 啉骨架、芳基 和烃链) 等多个识别位点，可高选择性地结合组氨酸，如z n , t - 啉化合物嗍可对十 几种氨基酸甲酯具有识别效应。自由卟啉t p p c o o n ( 图1 2 b ) 与氨基酸酯则是多 重氢键的识别。近年来出现了一种新型卟啉手性传感分子，不仅能够判断客体氨 基酸的绝对构型，而且可将其手性信息储存于骨架之中，放被称作“手性记忆分 子”。如a i d a 哪等报道的一种具有( 妒对称性的全取代卟啉( 图1 2c ) ，可通过氢键 作用读出苯丙氨酸等手性氨基酸的绝对构型并将得到的信息储存在其鞍型骨架 中，而外部刺激因素如光、熟等可作为其手性记录释放及恢复的开关。 -b o 图1 2 对氨基酸及其衍生物具有识别作用的卧啉化合物 f i g1 2 p o r p h y r i nc o m p o u n d s w i t ht h er e c o g n i t i o na c t i o nt oa m i n oa c i da n di t s d e r i v a t i v e s 5 中国协和医科大学硕士学位论文 2 2 对核酸、碱基及d n a 的分子识别 d n a 具有双螺旋结构保留生物遗传密码的分子，就其构成与立体空间而论， 一方面其含有可与金属离子络合配位的碱基：另一方面拥有形成氢键的脱氧核 糖，此外其双螺旋结构形成了可与生物分子饱和作用的大小袋状结构。基于d n a 的这些结构特征，卟啉与d n a 的作用可能有3 种作用模式嗍：( 1 ) 外部作用模式， 通过静电作用与范德华力在碱基富集的小沟区；( 2 ) 混合作用模式，既有插入又 有外部作用模式；( 3 ) 一些容易聚合的卟啉在较高浓度及高盐浓度下在d n a 表面 发生长程堆积作用。人们根据这些原理设计出许多卟啉化合物并且建立了相应的 体外d n a 检测方法。 除了应用于检测以外，卟啉化合物对d n a 的识别作用可能还用于酶的模拟。 y a s u h i k o 采用了一种阳离子吡啶卟啉口锄? 妒叼，分别研究了对d ( g c r r a a g c ) 2 ， d c l r t a g g g ) 4 两个d n a 序列的识别作用阻埘。通过研究表明，该卟啉化合物对 d ( g c 九a a g c ) 2 的结合常数达到2 5 1 0 6 m 1 ，按照1 ：1 的比例结合，卟啉结合于 富含a t 的区域。 2 3 对糖分子的识别 糖分子的识别作用主要是基于硼酸和氢键作用完成的。主体分子内两硼酸基 的协同作用是高选择性识别糖分子的关键。利用卟啉具有刚性结构、易于控制周 边官能团的方向与位置这一特点，s h i n k a i 等将两硼酸基固定于母体卟啉上，使其 间距恰与客体中作为结台部位的二醇间距离相匹配，得到了可特异性识别客体的 主体分子；同时卟啉为发色团，借助光谱可监测识别过程。如他们合成了高选择 性识别二糖分子m 乳果糖的含两个硼酸基的卟啉衍生物。中位连接的卟啉二聚体 中，两硼原子间距离恰与麦芽四糖两端d 葡萄糖单元的1 。2 - - - 醇及4 ，6 - - - 醇间距 离相符，故能够协同作用，特异性识别麦芽四糖。s h i n k a i 等“”还利用硼酸衍生化 卟啉的分子组装行为构筑二硼酸体系测定糖分子构型。硼酸衍生化窈卟啉与轴 向配体硼酸基吡啶自组装成一新的二硼酸糖传感体系，其圆二色谱激子偶合带符 号对糖分子绝对构型具有专一性，可用以检测糖分子的绝对构型。此类塘传感体 系可通过改变金属卟啉或轴向配体的结构来调整二硼酸基的空间位置而更好地 发挥协同作用。利用金属卟啉中心金属原子的配位及周边功能团的氢键作用也可 识别糖分子。 6 中国协和医科大学硕士学位论文 o g o s h l “2 1 等系统地研究了功能化的盈卟啉对糖分子的识别，揭示了决定其选 择性的主导因素：l e w i s 酸l e w i s 碱结合，同时分子内及分子间氧键网络的形成 对结合的选择性影响显著。此外，有学者曾经研究过系列的水溶性磺酸基卟啉化 合物对六种多糖的识别作用“”，结果表明：四( 对一磺酸基苯基) 卟啉对麦牙糖具 有选择性的识别能力，其作用机理是以磺酸基上的氧原子与麦芽糖的两端顺式羟 基形成氢键，结合常数为7 8 5 1 0 5 m 1 。 2 4 对0 2 的识别血红蛋白的模拟 为模拟血红蛋白和肌红蛋白( m b ) 可逆络氧的功能，人们设计合成了各种类型 的金属卟啉，如栏栅卟啉、吊带卟啉及戴帽卟啉等，研究它们对c o 、0 2 等小分 子的识别作用。前期合成的卟啉衍生物对氧气都具有特异性识别吸附，但是其自 动氧化的速度过快，对氧气的吸附不具有协同作用，无法在功能上模拟人血红蛋 白。 近年出现一些新型的m b 模型如：双面冠冕和树枝状卟啉，此外，一些典型 的模型如p i c k e tf e n c e 和c a p p e d u b 啉的更详细的类型已经被合成和研究。这些新颖 的卟啉配体通常含有咪唑或吡啶，在某种程度上支持分子内的近端配体，而且防 止分子内的键合“”，在功能上与天然的血红蛋白更加接近。目前研究认为，氧键 合口袋的疏水性和含水少的环境被认为是重要的。 筋d a 报道了一个树枝状铁卟啉的家族，每个化合物可逆地键合氧都在无水 甲苯中；在甲苯，水( 相对于卟啉来说水是1 0 0 0 当量的) 混合溶剂中，对自动氧化 的稳定性与树枝状外形的尺寸有关。最高一代的成员被称为对抗自动氧化是不可 思议的。与脂质系统不同，树枝状外形明显降低0 2 和c o 的扩散 1 4 o 最近，t s u c h i d a 报道了一个环糊精模型，不可逆氧化明显降低“” 上述研究表明亚铁血红素嵌入一个足够大的疏水性口袋可以进行可逆的氧 键合，甚至在质子性介质中也能实现这功能。随着研究的深入，合成的卟啉类衍 生物从功能上逐渐接近了天然血红蛋白，对氧气具有可逆性的吸附，并且对生物 体内的其他重要气体和生物分子都有识别作用，这从某种程度上促进了血液替代 品的研究和发展。 综上所述，卟啉类化合物对生物活性分子、无机及有机分子都有识别作用。 预计今后国内外对于卟啉类化合物的分子识别的研究将会伴随合成方法的进步 7 中国协和医科大学硕士学位论文 诸如，组合化学、生物芯片、分子印迹技术以及微反应器和检测分析方法的进步 和设计技术的改进，将会开发出越来越多具备和接近生物生理功能的含有卟啉体 系的新颖超分子体系，在生物酶模拟、血液替代品的模拟、以及生物分子的检测 识别等方面获得应用。 第二节二氧化碳吸附、转化体系的研究 近年来，二氧化碳的吸附问题越来越受到人们的关注。一方面，温室效应 的日趋严重，人们开始考虑如何有效的去除大气中过量的二氧化碳；另一方面， 二氧化碳作为生命活动的重要调节因子，科学家们早已发现了体内存在的一些物 质具有吸附，转化二氧化碳的重要作用。因此，设计出超分子物质，有效的进行 二氧化碳的吸附、转化，成为了科学家们追逐的目标。 1 对大气中二氧化碳吸附体系的研究 表1 1 吸附大气中二氧化碳的体系 t a b1 1t h es y s t e ma b s o r b i n gc o zi na i r 吸附剂作用机理 评价方法 锂钠钾卤素型沸石 静电效应和化学反应热解重量分析法或差重法 高丙烯腈“1 等高分子塑化反应 1 1 + - 1 帕 液氨0 1 1 ( f 自、仲、叔氨)化学反应( 形成氨基甲鳓 采用精确压力器装置“4 核磁和红外方法定性评价 口 液氨固定材料 化学反应( 形成氨基甲酰) 热解重量分析法或差重法 差重法矧 离子融化盐溶液咖 2 r h h z + c 0 2 一。r i q h c o o + r l q i - 1 3 核磁和红外方法定性评价” 4 - 仪器测定体系压力的变化 如表1 1 所示，各种吸附剂大多是与空气中的二氧化碳发生化学反应而达到 吸附的作用，近年来，该领域的发展方向就是开发出低沸点、高稳定性、高吸附 能力的化合物，缓解温室效应。 2 生物体内二氧化碳吸附转化体系的研究 血红蛋白和碳酸酐酶是与二氧化碳密切相关的两个生物大分子，血液中物理 溶解的c o ：约占c 0 2 总运输的5 ，化学结合的占9 5 。化学结合的形式主要是 8 中国协和医科大学硕士学位论文 碳酸氢盐和氨基甲酰血红蛋白。碳酸酐酶的作用是催化二氧化碳转化成碳酸氢 盐。对两种生物大分子的研究，有利于探讨体内二氧化碳转化的过程，有利于探 讨这两种生物大分子的生物活性。 2 1 血红蛋白与二氧化碳作用体系的研究 2 1 1 二氧化碳与血红蛋白结合的机理 在组织， 细胞 i b 0 2 + h + + c 0 2 芎丽尹h m n h c o o h + 0 2 目前普遍认为，血红素的二价铁离子连接在多肽链的组氨酸残基上，在生理 情况下，血红蛋白上的一些碱性的氨基酸，如组氨酸、精氨酸等，在这种p h 条 件下，以氨基的形式出现，这样游离的氨基与二氧化碳发生化学反应 2 1 2 血红蛋白与二氧化碳作用体系的评价方法 2 1 2 1 直接测试法：直接测试氨基甲酰血红蛋白的含量，计算二氧化碳与血红 蛋白的结合度。在这种体系中，经历了多种方法的尝试，被广泛采用的有两种方 法： ( 1 ) 用压力计的方法，测试体系中二氧化碳的压力。 图1 3 测量血液中二氧化碳含量的试验装置。1 1 f i g1 3c 0 2a d s o r p t i o nm e a s u r e m e n ta p p a r a t u sf o rb i o l o g i c a ls y s t e m 唑 采用以上装置，将血红蛋白溶液中的气体在真空振荡下抽出，随着气体的不 断释放，体系的压力不断上升，压力通过水银柱来显示，当二氧化碳释放后，用 9 中国协和医科大学硕士学位论文 1 n 的氢氧化钠吸附，记录下压力。通过这几个压力的变化就可以计算出二氧化 碳在血红蛋白血液中的溶解量嘲。 ( 2 ) 同样采用压力计的方法，当反应平衡后，测试压力和溶液的电化学变化。 将二氧化碳和经过处理的血红蛋白注入玻璃压力器，达到平衡后，采用离子 交换的方法将碳酸氢根离子和碳酸根离子从溶液中分离出来，然后通过茚三酮反 应测试反应体系中的血红蛋白。 r - 3 + r - n h 2 斗小 k z c 0 2 + r - n h 2 r n h c 0 0 。+ h + x c 通过公式可以计算出血红蛋白结合位点的饱和度和血红蛋白与二氧化碳结 合常数。通过这个试验装置，人们可以很便捷的测试到h b c 0 2 的浓度，现在应用 离子交换柱后可以更有效的去除反应过程中产生的离子鼍进而能更有效的计算 出饱和度，被广泛应用于血红蛋白及改性的血红蛋白吸附二氧化碳活性的测试。 2 1 2 2 间接测试二氧化碳的结合 其原理就是测试血红蛋白在吸附二氧化碳后，携氧能力的改变。多采用紫外 分光光度计，将处理过的血红蛋白装入压力计中，在真空下脱氧。然后将含有一 定比例的二氧化碳，氮气的气体注入到容器中，平衡一段时间后，可以进行紫外 扫描，计算血红蛋白的p 5 0 阻嘲；也可以在5 4 0 ，5 6 0 ，5 8 0 波长下测定紫外吸收嘲。 2 2 碳酸酐酶对二氧化碳的生物转化 2 2 1 碳酸酐酶的催化机理 e z n o h - + c o ，；= 兰：e z n h c 0 3 - h 2 0 e z n - h 2 0 + h c 0 3 ( 1 ) b + e z n - h 2 0 = ；兰b + + h - e z n o h - ；= 昔b h + + e z n - o h ( 2 ) 整个催化过程分为两步：第一步，锌氢氧根苏氨酸1 9 9 谷氨酸1 0 6 形成的氢 键网链使得氢氧根离子的孤对电子进攻二氧化碳，生成碳酸氢根离子。进一步碳 酸氢根离子被溶液中的水分子代替；第二步，锌离子连接的水的一个质子通过两 分子的水传递给组氨酸6 4 ，然后在传递给溶液，形成新的催化中心帆硎。 2 2 2 二氧化碳吸附的评价方法 随着对碳酸酐酶的深入的研究，对于二氧化碳吸附、转化测量的方法也在不 断的发展进步，以下简单介绍几种方法： 中国协和医科大学硕士学位论文 ( 1 ) 测定溶液p h 的变化 测定溶液中p h 变化的方法是在压力器和色谱法的基础下发展起来的，它克服 的压力器法的误差大，色谱法中加入的指示剂对c a 有抑制作用的缺点，方便易 行。其基础理论就是测定碳酸酐酶转化二氧化碳后，产生的氢离子可以用玻璃电 极测定( 采用装置如图1 4 ) 图1 4 测定溶液p h 变化采用的装置 f i gi ae l e c t r i c a lc h e m i s t r ya p p a r a t u sf o rm e a s u r i n gc 0 2 c o n v e r s i o ne f f e n c i e n c y b y c 0 2 e n z y m e ( 2 ) 钡9 试标记氧在二氧化碳和水之间的转化m 锄 通过这种方法可以更有效的监测碳酸酐酶的反应过程，目前还被广泛的用于 碳酸酐酶活性的测试。用标记的氧和标记的碳来检测反应的进程，将含有标记碳 或标记氧的二氧化碳注入到相应的容器中，与碳酸酐酶溶液反应平衡后，注入到 质谱检测其中，通过一系列的公式计算，可以计算出碳酸酐酶的转化速率。 从以上的各个体系中，我们得到这样的结论，无论是在体外，还是在体内， 能吸附二氧化碳的物质都可以进攻二氧化碳的碳原子，发生亲核反应，这就为设 计一种化学超分子物质，赋予其吸附二氧化碳的功能提供了依据，甚至我们可以 设计出同时具有携氧和携二氧化碳的超分子。同时，我们也可以借鉴各个体系评 价方法的优缺点，设计出更准确，便捷的评价方法，更有效的评价物质对二氧化 碳的吸附、转化能力 1 1 中国协和医科大学硕士学位论文 第三节课题的提出 卟啉衍生物的合成及其应用已经在多方面受到大家的关注，近年来在光动力 学和荧光成像检测中得到了广泛的应用，而在人工生物大分子的模拟上，虽然实 现了一些天然生物酶的功能模拟，但要将其应用于人体还需要一段很长的时间。 对于血红蛋白的人工模拟，以往的研究中只把注意力集中在化合物对氧气的结合 能力，很少关注与二氧化碳的相互作用。而在生物体内，二氧化碳对于呼吸及维持 体内正常生理活动方面显然具有举足轻重的作用。本课题的提出正是基于这种理 念拟设计合成卟啉组氨酸体系，研究该体系与碳酸氢根等阴离子的分子识别行 为探讨其与二氧化碳的吸附行为，意在寻找一种与生物体内二氧化碳具有良好相 互作用的超分子化合物。 1 卟啉组氨酸体系设计理念的提出 一卟啉化合物在生物体内广泛存在，是生物体内多种酶的活性中心，是阴离子 识别的常用主体，因此我们选择卟啉作为活性卟啉衍生物的构件之一。另一个活 性构件选择组氨酸，原因如下： ( 1 ) 组氨酸的咪唑基的解离常数为6 0 ，这意味着由咪唑上解离下来的质子的浓 度与水中的氢离子相近，以此，它在接近于生物体液p h 的条件下，即在中性条 件下，有一半以酸形式存在，另一半以碱的形式存在。也就是说咪唑基既可以作 为质子供体，又可以作为质子受体而发挥作用。第二个方面，咪唑基供出或接受 质子的速度十分迅速，其半寿期小于1 0 - 1 0 秒，而且，供出或接受质子的速度几 乎相等。正是由于咪唑基有如此的优点，虽然组氨酸在大多数蛋白质中含量很少， 却很重要。推测它很可能在生物进化过程中，不是一般的结构蛋白成分，而是被 选择作为酶分子中的催化结构而存下来的。 ( 2 ) 组氨酸和2 , 3 - 二磷酸甘油酸结合，调节氧气的吸附。 经过x 射线分析结果表明，血红蛋白中d p g 的结合位点由每个亚基提供多 个带正电荷的氨基酸残基组成，其中包括n 端的a 氨基，h i s 2 ，l y s s 2 和h i s l 4 3 。 这些正电荷和d p g 在生理条件下携带的4 个负电荷之间产生强烈的静电作用， 调节血红蛋白的生理活性。 ( 3 ) 对蛋白质活性的调节 细胞p h 的微小变化将改变眯唑基的电荷，当p h 为5 8 时，9 0 的组氨酸侧 中国协和医科大学硕士学位论文 链被质子化，带正电荷。而p h 为7 8 时，9 0 的组氨酸残基不带电荷，很多蛋 白质的活性调节，需要借助于p h 对i r i s 侧链质子化。 正是由于以上原因，我们提出将卟啉和组氨酸通过缩和反应直接相连的设计 思想，探讨该化合物体系对二氧化碳、碳酸氢根、碳酸根及其他离子的相互作用。 2 研究内容 ( 1 ) 合成卟啉组氨酸体系 通过化学反应合成卟啉组氨酸体系：通过不同保护基团的脱除，分别合 成具有游离氨基、游离咪唑基及同时具有游离氨基和咪唑基的超分子化合物。 ( 2 ) 比较不同卟啉组氨酸衍生物的分子识别行为 探讨氨基和咪唑基对阴离子识别行为的影响；探讨疏水环境对分子识别作用 的影响；探讨空间位阻对分子识别作用的影响。 ( 3 ) 比较不同卟啉组氨酸衍生物吸附二氧化碳气体的能力 根据气压平衡原理，设计出测试二氧化碳吸附的装置，探讨不同卟啉组氨 酸衍生物的吸附能力；探讨咪唑基，氨基对二氧化碳的吸附能力；探讨疏水环境 对二氧化碳吸附的影响；探讨空间位阻对二氧化碳吸附的影响。 中国协和医科大学硕士学位论文 参考文献 【1 】1 m i r o s l a vd ，p a v e ll ，i v a ns e ta 1 c a l i x 4 a m n e - p o r p h y r i nc o n j u g a t e s a s , v e r s a f i l em o l e c u l a r r e o e p t o r s f o r a n i o n s o r g a n i c l e t t e r , 2 0 0 3 ，5 ( 2 ) ，1 4 9 【2 】y e o n - h w a nk i m a n dj o n g - l nh o n g c a r b a m a t e - a p p e n d e dz n - p o r p h y r i n ：an e u t r a lr e c e p t o rf o r a n i o n s t e w a h e d r o nl c m 如2 0 0 0 , 4 1 。4 4 1 9 - 4 4 2 3 p 1s t 印h 朗d s t a t u e s ，s a i l a j aa a i l i o ns e l l s o r sb a s e do i lb , b - d i s u b s f i t u t e dp o r p h y r i ad e r i v a t i v e s t e t r a h e d r o nl 腓2 0 0 2 , 4 3 ，7 7 8 5 _ 7 7 褐 【4 】d e n n i si - lb u r n s , k e n c h ic a l d e r o n - k a w a s a k i b u d e ds o l v e n td e i 珊i n b o t ha n i o nb i n d i n g s e l e c t i v i t ya n db i n d i n gs t o i c h i o m e t r yw i t hh y d r o g e n - b o n d i n gr e c e p t o r s j o r g c h e m ，2 0 0 5 ，7 0 ， 删3 猫 【5 】t a d a s h im i 删a n i ，r e n j i w a , h , a n d s u s u m u k i t 醒a w a p o r p h y r i n r e c e p t 0 i ：s f o r a m - i n e s ，a m i i l o | c i d s ，a n d o l i g o p e p t i d e a i n w a t e r j a m c h e m s o c , 1 9 9 9 , 1 2 1 ，1 4 2 5 1 1 4 3 1 【q 压a n g l l 锄g 饷，j i n b i ni j l l ，y a l ih a a , e ta la n o v e lh i s d d i n ea s s a yu s i n gt e t r ap h - e n y l p o r p h y r i nm a n g a n e s eo n ) c h l o d d e a sam o l e c u l a rr e c o g n i t i o np r o b eb yc s 如l i g h t s c a t t e r i n gt e c h n i q u e a n a l y t i c ac h i m i c aa c t a ，2 0 0 6 ，5 7 0 , 1 0 9 1 1 5 【7 】f u r t m h oxk j r t l u re i 工m i z m t oy e ta 1 c h i r a l i t y - m e m o r ym o l e c u l e ：ad 2 - s y m m e t r i c f u l l y s u b s t i t u t e dp o r p h y r ma sac o n c e p t u a l l yd e wc h i r a l i t ys e n s o r , j a m c h e m s o a1 9 9 7 , 1 1 9 , 5 2 6 7 ：5 2 6 8 【8 】雷亚春，张勇，刘滇生卟啉及其配合物在分析化学中应用进展，光谱实验室2 0 0 3 ， 2 0 ( 4 ) , 4 7 9 - 4 8 4 【9 】t a k a k oo h y a m a , n a j i m em i t e y a s u h i k oy a m a m o t o b i n d i n go f 5 ，1 0 ，1 5 , 2 0 - t e w a k i s ( n - m e t h y l p y r i d i n i u m - 4 - y 1 ) - 2 1 h , 2 3 h p o r p h y r i nt oa na t - r i c hr e g i o no fad u p l e xd n a b i o p h y s i c a lc h e m - i s t r y , 2 0 0 5 ，1 1 3 ，5 3 - 5 9 【1 0 n a j i m e m i t a , t a k a k o o h y a m a , y a s u h i k o y a m a m o t o f o r m a t i o n o f a c o m p l e x o f 5 ，1 0 ，1 5 , 2 0 - t e t r a k i s ( n - m e t h y l p y r i d i m u m - 4 - y 1 ) - 2 1 h , 2 3 h - p o r p h y r i nw i t h g - o u a d r u p l e xd n a b i o c h e m i s t r y , 2 0 0 6 , 4 5 ( 2 2 ) ，6 7 6 5 - 6 7 7 2 1 1 】m a s a t o 【e d a , s e i j is h i n k a i ，a t s u h i r o ，o s u k a m e s o - - m e s o - l i n k e dp o r p h y r i n d i m e ra san o v e l s c a f f o l d f o r t h es e l e c t i v e b i n d i n g o f o l i g o s a c c h a r i d e s ，c h e m c o m l n u n ，2 0 0 0 ，1 0 4 7 1 4 中国协和医科大学硕士学位论文 【1 2 t a d a s h im i z u t a n i , t a k u y ak u r a h a s h i t a k e s h im u r a k a m i , e ta lm o l e c u l r e c o g n i t i o no fc a r b o h y d r a t e sb yz i n cp o r p h y r i n s ：l e w i sa c i d l e w i sb a s ec o m b i n a t i o n sa sad o m i n a n tf a c t o rf o r t h e i rs e l e c t i v i t y j a m c h e m s o c 1 9 9 7 ，1 1 9 , 8 9 9 1 - 9 0 0 1 【1 3 】高爽，王杏乔，于远香m e s o - 四( x t - 璜酸基苯基) 口 啉对麦芽糖的分子识别高等化学学 报，1 9 9 6 ，1 7 ，1 8 3 3 - 1 8 3 4 f 1 4 j a m e sp c o u m a n ，p a u lc h e n m a n n , l e if u , e ta la z a - c l o w n - c a p p f , dp o r p h y r i nm o d e l so f m y o g l o b i n ：s t u d i e so f t h es t e r i ci n t e r a c t i o n so f g a sb i n d i n g j a m c h e m s o c 1 9 9 7 ，1 1 9 ，3 4 8 1 3 4 8 9 【1 5 】l o m a t s i l t h , s , t s u c h i d e , e , n i s h i d e ，h m c s o - t e t r a k i s o - ( n - m e t h y l ) p y r i d i n i u - m p o r p h y r i n e n s e m b l e sw i t ha x i a l l yc o o r d i n a t e dc y c l o d e x t d n - p e n e t r a t i n gp h e n e t h y li m i d a z o l e ：- v e r s i b l ed i o x - y g o n - b i n d i n gi na q u e o u sd m f s o l u t i o n c h e mc o m m t u l , 2 0 0 3 , 5 0 - 5 1 【1 6 n a k a z a k ia y , t a n a k ax g o t o n c t 面m e c h a n i s m so fc 0 2s e p a r a t i o nb ym i c r o p o r o u sc r y s m l se s t i m a t e d b yc o m p u t a t i o n a lc h e m i s t r y c a t a l y s i s t o d a y1 9 9 5 , 2 3 , 3 9 1 - 3 9 6 【1 7 m k a t o s , y o s h i k a w a 五, n a k a g a w a c a r b o nd i o x i d ea b s o r p t i o nb yl i t h i u mo r t h o s i l i c a mi na w i d e r a n g e o f t e m p e r a t m e a n dc a r b o n d i o x i d ec o n c e n t r a t i o n s j o u r n a l o f m a t e r i a l s s c i e n c e l e t s , 2 0 0 2 ，2 1 ，4 8 5 - 4 8 7 i i s t a k a o e s a k a ，k o n i c h i m o t o i k e a b s o 删o l l a n d d e s o r p t i o n o f c a r b o n d i o x i d e i n t h e 础e a r t h o x i d e d o p e db i 2 0 3p o w d e r j o u r n a lo f a t l o y sa n dc o m p o u n d s , 2 0 0 3 ，1 6 , 3 8 7 - 4 1 2 【1 9 m i c h a e lj b ，血m ，v m a y a kab b a n u b , j a m e se m c g r a t he ta la b s o r p t i o no f0 3 2i nh i g h a c r y l o n f l r i l ec o n t e n tc o p o l y m e r s ：d e p e n d e n c eo i la c r y l o n i t d l ec o n t e n t p o l y m e rp h y s i c s , 2 0 0 4 , 4 5 ， 3 4 1 3 - 3 4 2 z 刚b j b r i s c o e ，l d 喀e ，i ，aw a j s e ta 1 c a r b o nd i o x i d e - p o l y ( v i n y l i d e n ef l u o r i d e ) i n t e r a c t i o n sa t h i g h p r e s s u r e j o u r n a l o f p o l y m e r s c i e