生物體內(nèi)存在著各種內(nèi)源性活性物質(zhì) (蛋白質(zhì)，小分子和離子)，它們在生命體內(nèi)的種類和濃度不盡相同，所起的生理活性的功能各異。生態(tài)環(huán)境一旦改變(例如：受到環(huán)境污染或者其它刺激)就會直接改變內(nèi)源性物質(zhì)的分布，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。因此，詳盡了解這些活性物質(zhì)的產(chǎn)生、分布和生理功能對生態(tài)平衡、生理和病理的研究都有著重要的科學意義。利用小分子熒光探針可視化監(jiān)測各類活性物質(zhì)已成為目前化學和生物學的熱點領(lǐng)域之一。
中科院煙臺海岸帶研究所陳令新研究員“環(huán)境微分析與監(jiān)測”創(chuàng)新團隊針對硫化氫(H2S)、硫醇和鐵等活性物質(zhì)，巧妙設(shè)計合成了幾種新穎的小分子熒光探針，成功實現(xiàn)了活細胞內(nèi)可視化檢測。一系列相關(guān)成果發(fā)表在Chemical Communications和Chemistry - A European Journal等國際著名化學雜志上。
硫化氫 (H2S)是繼NO和CO之后的第三個氣體信號分子，可以快速穿過細胞膜，對一系列生物靶點產(chǎn)生作用，兼具細胞毒性效應(yīng)和細胞保護作用。最近，該團隊利用H2S對硝基的還原性質(zhì)，開發(fā)出一種含硝基功能團的近紅外熒光探針，用于H2S的檢測。在生理條件下，該探針有效避免了細胞自發(fā)熒光的影響，在水溶液和活細胞中均給予了積極的近紅外熒光信號響應(yīng)，還成功拍攝到了活細胞內(nèi)H2S濃度變化的實時圖像(圖1)。參見：Chemical Communications, 2012, 48 (96), 11757–11759.
硫醇是生物體中許多蛋白質(zhì)和小分子的重要組成部分，在細胞的抗氧化系統(tǒng)中具有重要的作用。大量的生物現(xiàn)象被認為依賴于這些包含巰基的硫醇類物質(zhì)，如氧化還原反應(yīng)、甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)、二氧化碳固定反應(yīng)以及輔酶A參與的反應(yīng)等。最近，該團隊根據(jù)Ebselen在生物體內(nèi)的代謝機理，設(shè)計合成了一類含硒功能團的近紅外熒光探針并將其用于活細胞和小鼠肝臟組織硫醇水平的檢測(圖2)。參見：Chemistry - A European Journal, 2012, 18(36):11343–11349.
鐵是人體必需的微量元素，在氧代謝、電子轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮著不可替代的作用。生物體內(nèi)鐵的含量與健康狀況息息相關(guān)。由于鐵缺乏引起的缺鐵性貧血是全球性的疾病，但其發(fā)病機理尚不完全清楚。而糖尿病、癌癥和帕金森綜合癥等疾病的發(fā)生則與體內(nèi)鐵過負荷密切相關(guān)。最近，該團隊根據(jù)三價鐵易被羥胺還原的特點，將羥胺基團“嫁接”到熒光團上，發(fā)展了一種基于羥胺氧化的氧化/還原型熒光探針用于三價鐵的檢測。這是首次利用羥胺的氧化實現(xiàn)細胞內(nèi)鐵濃度的可視化熒光檢測(圖3)。參見：Chemical Communications, 2012, 48 (43), 5310–5312.
圖1：一種含硝基功能團的近紅外熒光探針
圖2：一類含硒功能團的近紅外熒光探針
圖3：一種基于羥胺氧化的氧化/還原型熒光探針
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