核苷的化學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，通過化學和生物學的方法把光信息材料嫁接到基因上，把信息科學和生命科學的特點融合到一起，形成一個新的交叉邊緣研究領域一光信息基因學。這種光信息基因材料將可能在光信息存儲、光開關、光調控、光通訊和運算功能等方面有非常大的突破，對基因本身的性能也將產生影響，在基因治療、基因檢測等方面可能會有非常特殊的作用。本文對核昔的化學修飾工作進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性質和化學活

2、性進行了初步分析，發(fā)現了比較適合進行化學修飾的部位和反應類型。并在核昔選定的位置引入具有特殊功能的基團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，生命科學等高科技領域有廣泛的應用前景。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，并設計合成了11種帶有不同氨基酸連接臂的螺毗喃化合物，進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一步開發(fā)打下了良好的基礎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，進行了新型近紅外熒光生物探針的開發(fā)在前人的基礎上，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，發(fā)現了兩類比較容易進行的將氨基酸衍生物引入核昔的反應類型，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計等方面有潛在的應用前景。關鍵詞:核昔，化學修飾，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和生命科學是21世紀關鍵性兩大學科。一方面，隨著信息技術日新月異的進步，新的信息載體、信息傳遞和存儲介質等得到了空前的發(fā)展。光作為一種特殊的信息源和信息載體，在現代信息科學中扮演著越來越重要的角色，在光計算、光開關、光存儲、光通信、光電信息技術等高科技領域成為研究的焦點。

5、光信息材料作為光信息儲存、記錄和表達的載體也日益成為材料領域的研究熱點，光致變色、熒光、光致發(fā)光等光信息材料己經應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域【131。另一方面，作為生命科學核心研究內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配對能力而承載信息，從1994年開始出現并得到快速發(fā)展的對DNA(RNA)計算機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，通過化學和生物學的方法把光信息材料嫁接到基因上，把信息科學和生命科學的特點融合到一起，形成一個新的交叉邊緣研究領域一光信息基因學。我們設想用化學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，實驗取得一定進展后，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值的基因片段中，得到光信息基因材料。當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，實現光信息的存儲、傳遞和表達當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，實現多頻道光信息存儲，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、用到計算機上或傳感器上，再利用現有的DNA計算技術開啟基因的信息