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研究生: 傅卉翎
Fu, Hui-Ling
論文名稱: 綠色螢光蛋白發光團類似物的合成、光/熱異構化反應及酸性水解之探討
Fluorescence Protein Chromophore Analogue:Synthesis, Photo/Thermoisomerization and Exploration for the Mechanism of Acidic Hydrolysis
指導教授: 宋光生
Sung, Kuang-Sen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 綠色螢光蛋白質子化酸性條件水解
外文關鍵詞: GFP, protonation, acidic condition, hydrolysis
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  • 近年來已有許多綠色螢光蛋白的相關研究,部分研究表示綠色螢光蛋白在酸性環境下會變性,但都是取自天然的GFP模型直接與酸進行作用,且顯少有研究提出在酸性作用下,致使其變性的機制及變性結果。我們的方法則是合成出綠色螢光蛋白發光團類似物,利用甲基化的方法模擬綠色螢光蛋白發光團在酸性環境下受到質子化後的水解反應。藉由比較我們合成出的綠色螢光蛋白類似物p3-Ph和p4-Ph,發現甲基化後五元雜環上amidine carbon,遮蔽效應會減弱,更易受到親核基的攻擊而導致水解。此外,化合物照射波長350 nm之光源後,藉由追蹤核磁共振儀積分值比例並搭配sigma-plot軟體計算出熱異構化速率常數,以及測量吸收、螢光放射光來探討其光物理性質,最後得到化合物的X-ray單晶結構來證實綠色螢光蛋白類似物在酸性環境下會水解的結果。

    To simulate other GFP chromophoric analogues under the acidic condition, we used methylation method to synthesize GFP chromophoric analogues p4-Ph and planned to imitate protonated type of GFP simultaneously. In this way, we found that protic solvent or water could easily affected compound p4-Ph. Due to the positively charged nitrogen on p4-Ph, the amidine carbon on five-membered heterocyclic ring became electron deficient and was easily attacked by nucleophile such as H2O. Moreover, we monitored the integration value of 1H NMR and calculated the rate of photo-isomerization and thermal-isomerization with software. Finally, the result of single-crystal X-ray diffraction clarified that p4-Ph would ultimately hydrolyze in water. These results could offer an evidence to previous reports that protonation of GFP derivatives will change its conformation or denaturation as a result of the hydrolysis reaction.

    中文摘要 i 英文摘要 ii 誌謝 vi 目錄 vii 表目錄 xi 圖目錄 xii 第I章 緒論 1 I-1 綠色螢光蛋白的發現 1 I-2 綠色螢光蛋白發光團的結構與生物合成機制 2 I-3 綠色螢光蛋白的放光機制與光譜性質 4 I-4 綠色螢光蛋白發色團的有機合成 6 I-5 有機合成綠色螢光蛋白發色團的光譜分析 7 I-6 綠色螢光蛋白及其類似物的光異構化與熱異構化 8 I-7 改變pH值對綠色螢光蛋白的影響 12 第II章 結果與討論 15 II-1 綠色螢光蛋白發色團類似物的合成 15 II-2 甲基化前綠色螢光蛋白發色團類似物之光異構化與自發性熱異構化反應 16 II-2-2 化合物p3-Ph與p4-Ph在CD3CN溶劑中的光異構與自發性熱異構反應 21 II-2-3 比較極性程度對熱異構反應之影響 24 II-2-4 比較甲基化前化合物(p3-Ph和m3-Ph),六元雜環上氮的位置對熱異構化反應速率常數之影響 24 II-2-5 比較甲基化後化合物(p4-Ph和m4-Ph),六元雜環上氮的位置對熱異構化反應速率常數之影響 26 II-3 甲基化後綠色螢光蛋白發色團類似物的水解反應 29 II-3-1 化合物p4-Ph在D2O溶劑中的水解反應速率 29 II-4 探討甲基化後化合物在水中水解可能的原因 33 II-4-1 藉由碳譜化學位移探討甲基化前後之化合物 33 II-4-2 探討改變甲基化後化合物六圓環上氮的位置對水解速率之影響 34 II-5 合成的綠色螢光蛋白發光團之類似物p3-Ph與p4-Ph之光譜數據 36 II-5-1 化合物p3-Ph在不同溶劑下之UV-vis吸收光譜 36 II-5-2 化合物p4-Ph在不同溶劑下以及水解前後之UV-vis吸收光譜 37 II-5-3 甲基化前、甲基化後與水解後化合物之螢光放光光譜 40 II-5-4 甲基化前、甲基化後化合物與水解後之光譜探討 41 II-5-4 螢光量子產率(ΦF)與照光後trans-form轉換率之關係 44 II-6 結論 46 第III章 實驗儀器與實驗步驟 48 III-1 實驗儀器及測量方法 48 III-2 綠色螢光蛋白發光團類似物的合成 49 III-2-1 合成(Z)-2-methyl-4-(4-pyridinylmethylene)oxazol-5(4H)-one(p1)的步驟 49 III-2-2合成(Z)-2-acetamido-N-phenyl-3-(4-pyridinyl)acrylamide (p2)的步驟 49 III-2-3 合成(Z)-2-methyl-1-phenyl-4-(4-pyridinylmethylene)-1H-imidazol-5(4H)-one (p3-Ph)的步驟 50 III-2-4 合成(Z)-1-methyl-4-((2-methyl-5-oxo-1-phenyl-1H-imidazol-4(5H)-ylidene) methyl)pyridinium iodide(p4-Ph)的步驟 51 III-2-5 (Z)-4-(2-acetamido-3-oxo-3-(phenylamino)propenyl)-1-methylpyridinium iodide(p4h-Ph)的生成 51 III-3 光異構化後的自發性熱異構化及水解反應速率常數的測量步驟 52 III-4 螢光量子產率的測量步驟 53 III-4-1 標準品的校正 53 第IV章 參考文獻 54 附錄 56 化合物 p3-Ph之1H NMR (CDCl3, 400 MHz)光譜 56 化合物 p3-Ph之13C NMR (CDCl3, 400 MHz)光譜 56 化合物 p4-Ph之1H NMR (D2O, 400 MHz)光譜 57 化合物 p4-Ph之13C NMR (DMSO-d6, 400 MHz)光譜 57 化合物 p4h-Ph之1H NMR (D2O, 400 MHz)光譜 58 化合物 p4h-Ph之13C NMR (D2O, 400 MHz)光譜 58 p3-Ph的X-ray晶體資料 59 p4-Ph的X-ray晶體資料 66 p4h-Ph之X-ray晶體資料 74

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