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蛋白质是一切生命的基础、细胞功能的执行者,具有许多生物学功能。荧光标记技术为蛋白的功能研究提供了可视化定位与定量的分析。针对小分子有机染料品种丰富、结构修饰方便、荧光强度高以及光稳定性好等优势,通过化学标签技术或生物正交反应构建的荧光探针就可以实现目标蛋白的特异性标记。其中荧光激活型探针具有免洗、原位激活的特性,但是目前大部分通过FRET和PET机制构建的激活型探针需要引入淬灭基团,标记过程中会释放游离分子,极大地限制了这类探针在蛋白快速标记方面的应用。本论文针对以上研究现状,提出以丙烯酰基香豆素为分子转子,邻位诱导共价激活为机理,设计合成出一类新型的荧光激活型探针,实现活体内目标蛋白的有效、快速标记,并通过染料分子改造拓展多谱系的荧光激活型探针。主要研究内容分为以下两个方面: (1)首先以TMP(甲氨基碟呤)为化学标签,以丙烯酰基香豆素为荧光染料,合成了荧光激活型探针TMP-1。探针TMP-1未与目标蛋白结合前,由于扭曲型分子内电荷转移(Twisted Intra-molecular Charge Transfer,TICT)机制使香豆素染料分子不发光,而与蛋白发生快速特异性结合后,通过蛋白巯基邻位诱导共价作用激活香豆素荧光。对探针TMP-1进行相关蛋白标记、细胞毒性、细胞成像及动力学等测试,证实探针TMP-1具有光激活倍数高(>1000倍)、特异性强、生物相容性好、透膜性好、标记速度快(T1/2=3min)、抗干扰能力强等优点,可以对目标蛋白进行快速、共价、无小分子释放的特异性荧光标记。 (2)进一步以TMP-tag为化学标签,以香豆素和BODIPY为荧光母核,通过分子改造合成了六种不同性质的荧光激活型探针TMP-2、TMP-3、TMP-5、TMP-6、TMP-7、TMP-8,实现TMP荧光探针从蓝光(455nm)到红光(645nm)的调色板构建。通过对这些探针进行荧光激活、细胞动力学、细胞毒性、活细胞内蛋白标记、细胞器及斑马鱼标记等测试,证实这些荧光激活型探针具有本底荧光低、荧光激活倍数高(>1000倍)、标记速度快、生物相容性好、透膜性好、抗干扰能力强等优势,在细胞以及活体等复杂体系内目标蛋白的功能性研究领域具有极大的应用前景。