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(xué)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(xué)和生物學(xué)的熱點(diǎn)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(tuán)隊(duì)針對硫化氫(H2S)、硫醇和鐵等活性物質(zhì)，巧妙設(shè)計(jì)合成了幾種新穎的小分子熒光探針，成功實(shí)現(xiàn)了活細(xì)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(xué)雜志上。
硫化氫 (H2S)是繼NO和CO之后的第三個(gè)氣體信號分子，可以快速穿過細(xì)胞膜，對一系列生物靶點(diǎn)產(chǎn)生作用，兼具細(xì)胞毒性效應(yīng)和細(xì)胞保護(hù)作用。最近，該團(tuán)隊(duì)利用H2S對硝基的還原性質(zhì)，開發(fā)出一種含硝基功能團(tuán)的近紅外熒光探針，用于H2S的檢測。在生理?xiàng)l件下，該探針有效避免了細(xì)胞自發(fā)熒光的影響，在水溶液和活細(xì)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(xì)胞內(nèi)H2S濃度變化的實(shí)時(shí)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(xì)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(rèn)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(tuán)隊(duì)根據(jù)Ebselen在生物體內(nèi)的代謝機(jī)理，設(shè)計(jì)合成了一類含硒功能團(tuán)的近紅外熒光探針并將其用于活細(xì)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(jī)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(fù)荷密切相關(guān)。最近，該團(tuán)隊(duì)根據(jù)三價(jià)鐵易被羥胺還原的特點(diǎn)，將羥胺基團(tuán)“嫁接”到熒光團(tuán)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(jià)鐵的檢測。這是首次利用羥胺的氧化實(shí)現(xiàn)細(xì)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(tuán)的近紅外熒光探針
圖2：一類含硒功能團(tuán)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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