脱氧核糖核酸(DNA)是储存遗传信息的载体,其由四种天然碱基组成——腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。然而,生物体内DNA分子周围环境的不断变化会产生各类内源性的基因毒物,如活性氧、电离辐射以及烷化剂等。而其中,饮食、环境和药物等化学物质的损害,通常会导致共价DNA加合物的形成。这种碱基的改变会造成严重的生化结果,其会阻碍DNA的正常复制和修复,进而诱导细胞毒性或基因组的不稳定,最终导致癌症的发生。因此,有效的检测DNA加合物对深入了解其形成机制和相关生物性作用具有重要意义。近年来,荧光标记技术以其易于获取、灵敏度高和选择性强等优点被广泛应用于核酸和蛋白质的结构动力学研究中。然而,传统的大共轭荧光团通常会扰乱DNA的固有结构,并进一步干扰相关正常的生物相互作用。因此,设计对DNA固有结构和功能影响微弱的准内源性光学探针,从而在原子分子水平上理解DNA损伤机制及相关生物动力学过程受到越来越多的关注。基于此,论文以三种DNA加合3-MA物为研究对象,通过不同的修饰策略,分别基于天然腺嘌呤、胞嘧啶和鸟嘌呤得到一系列准内源性光学探针,对DNA加合物进行实时高效地识别。相关内容主要包括以下三个方面:1、具有ESPT特性的荧光腺嘌呤类似物用于实时检测DNA加合物8-oxoG是一种氧化损伤导致的DNA加合物,其自身缺乏有效的内在发射,且倾向于与腺嘌呤(A)形成稳定的碱基对。基于此,本部分工作提出了多种荧光腺嘌呤类似物作为有效的准内源性光学探针来识别8-oxoG。首先我们对设计的非天然腺嘌呤碱基在溶液中的光谱特性进行了计算模拟,结果显示,修饰后的A类似物具有增强的π共轭性质,可产生有效的荧光发射。其次,考察了这些腺嘌呤类似物与8-oxoG选择性配对的影响。通过构建体系沿氢键的S_0和S_1态弛豫势能面发现,配对后的激发态分子间质子转移(ESPT)会诱导探针荧光猝灭,进而有效识别目标分子(8-oxoG)。2、基于激发态分子间电荷转移机制的准内源性荧光探针用于检测DNA加合物~(ABP)G是一种芳香胺加合物,其荧光振子强度约为零,且与胞嘧啶形成稳定的WC碱基对。基于此,本部分工作设计了一系列胞嘧啶类似物作为荧光探针来检测目标加合物。本部分涉及的胞嘧啶类似物共分为三类:第I类碱基类似物(t C,~(DMA)C)与天然G和~(ABP)G碱基配对后依然保持荧光;第II类碱基(C1,5m C,d Cyd,5hm C)与G和~(ABP)G碱基配对后荧光趋于完全猝灭。而第III类碱基(t C~O和PC)的荧光对与G碱基配对不敏感,只有与目标加合物~(ABP)G配对会产生荧光猝灭。其中,由于t C~O具有较大的Stokes位移和高的荧光强度,因此我们以t C~O为例,揭示其光致发光过程、碱基配对诱导荧光猝灭机理和连接脱氧stomatal immunity核糖对光物理性质的影响。3、荧光鸟嘌呤类似物作为荧光探针用于实时检测5f C5f C是基因表观修饰的一种,其在生命活动中具有重要作用。考虑到胞嘧啶加合物5f C是与鸟嘌呤(G)形成稳定的WC碱基对,因此我们设计了一系列荧光G类似物用于识别目标加合物。结果显示,修饰的脱氧核糖核苷类似物(8vd G)具有明显的荧光发射,且模拟的荧光发射峰与实MRTX849说明书验值一致。此外,修饰的碱基类似物荧光对与天然胞嘧啶配对不敏感,而与目标加合物5f C配对后荧光趋于完全猝灭。此种选择性的荧光信号变化,可用于在DNA中有效识别5f C。最后,我们进一步考虑了与脱氧核糖的结合对电子光谱的影响,以明确具有高选择性鸟嘌呤类似物在真实生物环境中的应用。