摘要
点击化学(Click chemistry)的概念由K.B.Sharpless等人提出，它指的是一类具有模块化合成、操作简便（对水、氧气等不敏感）、高效和高选择性特点的化学反应。点击化学因其上述特点，已被广泛应用于合成化学、药物化学、化学生物学、基础生物学、纳米技术和材料科学等多个领域。点击化学中通过光诱导的光点击化学反应(Photoclick chemistry)具有操作简便，无需金属催化剂和配体，具有时间和空间可控的特点，尤其适用于于复杂的生物大分子、活体细胞以及复杂的生物系统的研究。然而，光点击化学反应的开发受诸多因素限制:光响应底物需要复杂的多步合成、含有光响应基团的底物难以实现结构多样化、在多官能团存在体系中光化学反应的选择性及复杂生物学体系的兼容性。因此，到目前为止，可用于复杂体系或生物学体系中、高效且实用的光点击化学反应的数量和类型仍然很少。显然，开发新型的光点击化学反应具有非常重要的研究意义和应用价值，开发高效且功能丰富的光点击化学反应将能为药物化学，化学生物学、材料科学等交叉学科的研究提供强有力的工具。 伯胺是一类在合成化学、生物学体系、药物化学及材料化学中普遍存在且具有重要功能的官能团或独立的分子，开发基于伯胺作为点击化学的反应把手(Click handle)的新一类光点击化学反应，将能够为相关学科的研究提供非常有用的工具。本论文开发了一类新型光点击化学反应——光诱导的伯胺与邻硝基苄醇的环化反应(Light-induced Primary Amines and o-Nitrobenzyl Alcohols Cyclization，PANAC)，对PANAC光化学反应进行了深入、系统的研究和反应条件的优化，在体外及复杂的活体中实现了对含有伯胺官能团的小分子和天然生物大分子高效、快速的模块化修饰及标记。 本论文的第2章探索了PANAC反应具有光点击化学反应的性质——高效（7min光照即可实现定量转化）、快速(k2=87.4M-1s-1)、条件温和、操作简便、高选择性、光照依赖、可模块化合成，并且可用于结构多样性的小分子后期直接修饰。本论文的第3章进一步探索了PANAC反应在未保护多肽分子功能化和环化、各类天然蛋白质赖氨酸残基选择性修饰、活细胞中的特定类型蛋白谱分析及亚细胞器的特异性标记等不同的分子层面的应用，PANA反应在这些应用过程中显示出了良好的生物相容性、优异的化学选择性以及时空可控性等特点。本论文的第4章中，我们通过构建原核和真核细胞的表达邻硝基苄醇衍生的非天然氨基酸的基因密码子拓展系统，可将该氨基酸定点插入目的蛋白中，实现位点和靶标选择性的外源伯胺的成功标记。本论文的第5章中，我们通过将邻硝基苄醇光反应基团引入核酸探针DNA分子中，可以与天然蛋白上相互作用的蛋白质的赖氨酸侧链发生光交联反应，用于单一蛋白和裂解液蛋白质组中残基选择性地共价捕捉其相互作用蛋白质分子。 该学位论文研究结果表明，新发展的PANAC光点击化学反应具有高效、反应快速、反应底物多样且易获得、良好的生物相容性、可模块化合成、优异的化学选择性以及时空可控性等多项优点，PANAC光点击化学反应有望为模块化合成、生物大分子标记、药物开发、化学生物学等研究领域提供新的强有力工具。更为重要的是，该光点击化学反应条件温和、操作简单、在底物低浓度条件下仍然高效;因此，PANAC光点击化学新技术有望在模块化合成、蛋白质标记、药物研发、化学生物学、材料科学等交叉学科领域获得广泛的应用。
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