有機(jī)磷阻燃劑與DNA相互作用的光譜法研究

1、煙臺(tái)大學(xué)本科畢業(yè)論文 有機(jī)磷阻燃劑與有機(jī)磷阻燃劑與 dnadna 相互作用的光譜法研究相互作用的光譜法研究 年 級(jí): 2010 級(jí) 學(xué) 號(hào): 201060506222 姓 名: 專 業(yè): 海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師: 二零一四年六月 摘 要 脫氧核糖核酸(dna) 包含所有必需的遺傳信息，是控制細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的主要 物質(zhì)。它的兩條互補(bǔ)鏈通過 watson-crick 堿基對(duì)相連接構(gòu)成雙螺旋分子，其在生命 過程中起著非常重要的作用。dna 是許多有機(jī)污染物的主要作用靶，其結(jié)構(gòu)在很 多條件下可以被破壞，尤其是和小分子相互作用，所以 dna 可以用于許多類型疾 病的治療。小分子與 dna 相互作用

2、的研究已成為生物化學(xué)和生命科學(xué)中熱門的研 究課題之一。本論文應(yīng)用熒光、紫外-可見等光譜技術(shù)對(duì)有機(jī)磷阻燃劑與生物大分子 的相互作用進(jìn)行了研究。選用 bde-47（2，2 ，4，4 -四溴聯(lián)苯醚）這種有機(jī)磷 阻燃劑的主要成分來研究其與 dna 的作用方式。從而揭示環(huán)境污染物對(duì) dna 的影響， 呼吁人們減少有機(jī)污染物的使用，營造良好的生態(tài)環(huán)境。 關(guān)鍵詞：有機(jī)磷阻燃劑；小分子；dna；紫外吸收光譜；熒光光譜 abstract deoxyribonucleic acid (dna) contains all the genetic information required, is the main m

3、aterial control of cell structure and function. two complementary strands of double helix molecule on which it is connected via the watson-crick base, which plays an important role in the life process. dna is the main role of many organic pollutants of the target, the structure can be destroyed unde

4、r many conditions, especially the interactions between small molecules, so dna can be used to treat many types of diseases. study on the interaction of small molecules with dna biological chemistry and life science has become one of the hottest research topics in. the interaction of visible spectros

5、copy using the fluorescence, uv - on organic phosphorus flame retardant and biomacromolecule was studied. using bde-47 (2, 2 , 4, 4 - four polybrominated diphenyl ether) the main component of the organic phosphorus flame retardants to study its interaction with dna method. to reveal the effects of e

6、nvironmental pollutants on dna,cal;led on people to reduce the use of organic pollutants, and create a good ecological environment. keywords: organic phosphorus flame retardant;small molecule;dna; ultraviolet absorption spectrum; fluorescence spectrum 目 錄 摘 要.iv abstract.v 第 1 章 緒 論.1 1.1 本論文的背景和意義.

7、1 1.2 本論文的主要方法和研究進(jìn)展.1 1.3 本論文的主要內(nèi)容.1 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排.1 第 2 章 各章題序及標(biāo)題小 2 號(hào)黑體.2 2.1 各節(jié)點(diǎn)一級(jí)題序及標(biāo)題小 3 號(hào)黑體.2 2.1.1 各節(jié)的二級(jí)題序及標(biāo)題 4 號(hào)黑體.2 2.2 頁眉、頁腳說明.2 2.3 段落、字體說明.2 2.4 公式、插圖和插表說明.2 結(jié) 論.5 致 謝.6 參考文獻(xiàn).7 附 錄 1 標(biāo)題.8 附 錄 2 標(biāo)題.9 緒論 1.1 引言 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，物質(zhì)生產(chǎn)水平的需求越來越大， 阻燃科學(xué)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，阻燃科學(xué)技術(shù)是為了適應(yīng)社會(huì)安全生產(chǎn)和生活的需要，預(yù) 防火災(zāi)發(fā)生，保護(hù)

8、人民生命財(cái)產(chǎn)而發(fā)展起來的一門科學(xué)。阻燃劑是阻燃技術(shù)在實(shí)際 生活中的應(yīng)用，它是一種用于改善可燃易燃材料燃燒性能的特殊的化工助劑，廣泛 應(yīng)用于各類裝修材料的阻燃加工中。經(jīng)過阻燃劑加工后的材料，在受到外界火源攻 擊時(shí)，能夠有效地阻止、延緩或終止火焰的傳播，從而達(dá)到阻燃的作用。主要適用 于有阻燃需求的塑料，延遲或防止塑料尤其是高分子類塑料的燃燒。使其點(diǎn)燃時(shí)間 增長，點(diǎn)燃自熄，難以點(diǎn)燃。阻燃劑是塑料產(chǎn)品中最重要的添加劑。巨大的市場需 求有望進(jìn)一步擴(kuò)大，預(yù)計(jì)在今后幾年中，年消耗的增幅將超過 3。有機(jī)磷阻燃劑 占阻燃劑總消耗量的 14和總價(jià)值的 23。這類產(chǎn)品增幅大，且不成比例，這既是 因?yàn)榉阑鸨Ｗo(hù)提出相關(guān)

9、要求，也是因?yàn)檫@類產(chǎn)品具有出色的化學(xué)和物理性能。 阻燃劑種類繁多，數(shù)量巨大，隨著其在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用而大量存在甚至 暴漏于環(huán)境之中，嚴(yán)重污染了我們的生態(tài)環(huán)境，阻燃劑的分解速度慢，分解時(shí)間長， 造成了巨大的環(huán)境壓力。它們可以在環(huán)境介質(zhì)中存留數(shù)十年甚至更長時(shí)間,通過土壤、 大氣、水體等環(huán)境介質(zhì),借助多種途徑進(jìn)入人體并持續(xù)蓄積,嚴(yán)重危害人類健康、環(huán) 境以及生態(tài)系統(tǒng)安全。有機(jī)磷阻燃劑由于其出色的化學(xué)和物理性能而應(yīng)用最為廣泛， 儼然已成為環(huán)境污染物的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)表明有機(jī)磷阻燃劑對(duì)人類和動(dòng)物具有 致癌、致畸、致突變性及遺傳毒性的物質(zhì)，因此,對(duì)有機(jī)污染物分子致病機(jī)理的探討 自然引起了廣泛的重視,在

10、化學(xué)、環(huán)境及生命科學(xué)的基礎(chǔ)性研究中具有重要意義。1 核酸(dna)的識(shí)別與損傷在基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞信息傳遞、疾病的產(chǎn)生等生命過程中 起著非常重要的作用，如何采取有效的方法針對(duì)環(huán)境中有機(jī)磷阻燃劑與特定基因 dna 的作用機(jī)制進(jìn)行探索和預(yù)測,己成為生命化學(xué)領(lǐng)域中急需解決的問題,對(duì)于理解 生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)本質(zhì)和疾病的發(fā)生發(fā)展、外源性物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、促進(jìn)基因靶標(biāo)的 發(fā)現(xiàn)具有重要科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。因此,我們希望通過深入理解環(huán)境中有機(jī)磷阻燃 劑的作用機(jī)制,結(jié)合化學(xué)、環(huán)境和生命科學(xué)等多學(xué)科進(jìn)行合作研究,揭示傳統(tǒng)生物學(xué) 所難以發(fā)現(xiàn)的新規(guī)律,造福于人類的健康事業(yè),促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。 目前對(duì)環(huán)境中有機(jī)磷阻燃劑與

11、 dna 的基因研究大都尚未從分子水平上研究環(huán)境 有機(jī)磷阻燃劑對(duì) dna 的損傷機(jī)制。研究表明,在體外能與 dna 發(fā)生作用的分子大多進(jìn) 入人體細(xì)胞后會(huì)對(duì)人體基因產(chǎn)生一定的影響，本文通過現(xiàn)代分析手段在分子水平上 研究有機(jī)磷阻燃劑小分子與靶標(biāo) dna 之間的相互作用,希望從分子水平上認(rèn)識(shí)環(huán)境污 染物的致毒機(jī)理,并對(duì)評(píng)估其危害提供理論依據(jù)。 1.2 有機(jī)磷阻燃劑的特點(diǎn) 阻燃劑是能夠提高可燃物的難燃性或自熄性的一種助劑，在各類阻燃劑中，磷 系阻燃劑特別是有機(jī)磷系阻燃劑占有重要地位。本世紀(jì)就開始了對(duì)有機(jī)磷阻燃劑的 研究，隨著合成方法的不斷改善，合成的品種也不斷增加。如 40 年代末期由美國 eastm

12、an 合成的三乙基磷酸酯（eto)3p(o),用于聚酯樹脂的阻燃；60 年代廣泛使 用的 thpcp+(ch2oh)4cl- ，用于工人服裝、軍隊(duì)制服和醫(yī)用物品中。同期瑞士 ci- ba-geigy 公司開發(fā)并生產(chǎn)了 n-羥甲基二甲氧基粼?；０罚喎Q cp，主要用于 纖維素的阻燃。70 年代以后，開發(fā)的品種不斷增加，給有機(jī)磷化合物的應(yīng)用開闊了 廣闊的前景。2 有機(jī)磷系阻燃劑是一種阻燃性能較好的阻燃劑，它具有阻燃增塑雙重功能，并 可代替鹵化系阻燃劑，具有一定的發(fā)展前景。近年來，研究人員針對(duì)阻燃劑的缺點(diǎn) 研究開發(fā)的膨脹型阻燃劑，其活性成分之一為磷。含膨脹型阻燃劑的高聚物熱裂或 燃燒時(shí)，表面形成

13、一層膨脹炭層，具有阻燃（炭的極限氧指數(shù)達(dá) 60） 、隔熱、隔 氧功能，且生煙量少，也不易形成有毒氣體和腐蝕性氣體，有效地克服了有機(jī)磷系 阻燃劑的缺點(diǎn)。 1.3 有機(jī)磷阻燃劑的種類 有機(jī)磷阻燃劑品種繁多，用途廣泛，性能可調(diào)。磷酸酯類是主要的磷系阻燃劑， 添加型為主。分為含鹵與無鹵兩大類，合成簡單，與材料相容性好，兼有阻燃與增 塑兩種作用。主要包括膦酸酯、氧化膦、亞磷酸酯、鏻鹽系列、次膦酸鹽。3 膦酸酯具有類似磷酸酯的性質(zhì)，熱穩(wěn)定性很高，具有耐水耐溶劑性，阻燃性能 持久。環(huán)狀膦酸酯性能更優(yōu)，主要用于聚酯纖維、聚氨酯泡沫塑料和熱固性樹脂的 阻燃。 化氧膦是一類很穩(wěn)定的有機(jī)磷化合物，可阻燃聚酯、聚碳酸

14、酯、環(huán)氧樹脂和聚 氨酯、聚苯醚等。由于含磷量高，所以添加量小。主要品種有正丁基雙（羥丙基） 氧化膦（frd） 、三羥丙基氧化膦（fr-t） 、環(huán)辛基羥丙基氧化膦（codppo） 、對(duì)二 （2，2-氰乙基氧化膦甲基）四甲基苯（rf2699） 。 亞磷酸酯品種遠(yuǎn)不如磷酸酯多，主要用于抗氧化、穩(wěn)定劑、防老劑，用于阻燃 劑的較少。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它是一種熱穩(wěn)定性很高、阻燃效果好，同時(shí)具有增 塑劑和抗氧劑特性的新型阻燃劑。 鏻鹽系列是具有 r4px 結(jié)構(gòu)的含磷有機(jī)化合物，其代表性品種是四羥甲基鏻硫酸 鹽（thps，以磷化氫的循環(huán)利用） 。thps 屬于反應(yīng)性阻燃劑，能保持纖維的原有強(qiáng) 度和柔軟性，可用

15、于軍用棉布、防雨布和工作服的阻燃處理。 次膦酸鹽是近年開發(fā)的新磷系阻燃劑，可用于熱塑性塑料（如 pa、pbt） 、纖維 及紡織品的阻燃，特別適用于薄壁電子元器件、透明制片及薄膜。 1.4 雙螺旋 dna 的生物功能 所有活的有機(jī)體，無論作為物種或個(gè)體來說，都是千差萬別的。有機(jī)體含有不 同種類和數(shù)目的蛋白質(zhì)和酶，因而具有不同的形態(tài)和代謝類型，然而主宰著蛋白質(zhì) 和酶結(jié)構(gòu)的卻是另一類生物大分子核酸。核酸在生物的生長、發(fā)育和繁殖等生命 活動(dòng)中起著非常重要的作用，同時(shí)，它與生命的異?，F(xiàn)象，如腫瘤的生長和遺傳性 疾病等也有密切關(guān)系。因此，核酸是現(xiàn)代生物學(xué)、化學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一。 4dna 即脫氧核

16、糖核酸，是生物體中重要的一類生物大分子,對(duì)于生命遺傳密碼的翻 譯、轉(zhuǎn)錄、復(fù)制起著非常重要的作用，dna 是兩性電解質(zhì),通常表現(xiàn)為酸性 dna 的雙 螺旋結(jié)構(gòu)有多種不同類型,分為 a 一 dna、b 一 dna 和 z 一 dna。生物體中常見的是 右旋 b 型 dna,它的骨架是由糖和磷酸酯組成，由糖環(huán)上所聯(lián)結(jié)的堿基通過氫鍵配對(duì) 而使其骨架形成反平行的雙螺旋結(jié)構(gòu)四種堿基分別是:腺嘌呤(a),鳥嘌呤(g),胞嘧啶 c)和胸腺嘧啶(t)在雙螺旋的 dna 中,腺嘌呤(a)和胸腺嘧啶(t),鳥嘌呤(g)和胞嘧（c)是 通過 watson 一 crick 氫鍵形成 a 一 t、g 一 c 堿基對(duì)而將其

17、骨架連結(jié)在一起。另一 方面,堿基平面可以通過 - 堆積的形式穩(wěn)定雙螺旋的結(jié)構(gòu),在 dna 的雙螺旋中形 成一個(gè)寬而淺的大溝區(qū)和一個(gè)窄而深的小溝。 dna 為白色纖維固體,微溶于水,其溶液粘度極高。雙螺旋結(jié)構(gòu) dna 在紫外吸收 光譜中在 26onm 左右處有最大吸收峰,并且在 a260nm 處和 a280nm 的吸光度比值大于 1.8。由此來判斷 dna 的雙螺旋結(jié)構(gòu)是否形成完全。雙螺旋 dna 在一定的條件下,如 升高 dna 溶液的溫度(熱變性),改變其酸堿度(酸堿變性),或有尿素、甲醛、甲酞胺 等變性劑存在時(shí)能破壞 dna 中的氫鍵,使有規(guī)律的螺旋型雙鏈結(jié)構(gòu)變成單鏈的、無規(guī) 律的“線團(tuán)”

18、,此作用稱為 dna 的變性熱變性的單鏈 dnassdna)紫外吸收值急劇 增加,粘度下降,生物活性喪失,可利用這些性質(zhì)來判斷 dna 是否變性。未變性的雙鏈 dna(dsdna)的加熱變性一般在較窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生,很像固體結(jié)晶物質(zhì)在其熔點(diǎn)突 然熔化的情況,故通常把熱變性溫度稱為“熔點(diǎn)”或解鏈溫度。dna 水溶液加熱變性 時(shí),雙螺旋的兩條鏈分開，如果緩慢冷卻，則兩條鏈可能發(fā)生特異的重組而恢復(fù)成雙 螺旋結(jié)構(gòu)。 5 在 dna 的雙螺旋中存在一個(gè)寬而淺的大溝區(qū)和一個(gè)窄而深的小溝區(qū),外源性的生 物活性分子可通過與雙螺旋 dna 結(jié)合來干預(yù)相關(guān)基因的表達(dá),目前已成為探討疾病發(fā) 生發(fā)展以及治療人類疾病

19、的新策略 1.51.5 熒光及紫外熒光及紫外- -可見光譜法研究可見光譜法研究 本世紀(jì) 60 年代就發(fā)現(xiàn)了核苷酸、多聚核苷酸及核酸的紫外吸收。所有聚合態(tài)的 核酸都在 260 nm 處有一個(gè)寬的最大吸收帶，230 nm 處的吸收最小，在 200 nm 以下 的短波長區(qū)有另一最大吸收。吸光度比 a260/a280和 a260/a230是核酸質(zhì)量的重要標(biāo) 準(zhǔn)。比較純的核酸 a260/a280比值應(yīng)該大于 1.8；如果此值較小則表示有蛋白質(zhì)雜質(zhì) 的存在，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)通常對(duì) 280 nm 處的吸收有很大的貢獻(xiàn)。而比值 a260/a230應(yīng)該 為 2 或更高，此值低表示有蛋白質(zhì)(肽鍵在次范圍內(nèi)有吸收)或其它

20、雜質(zhì)。 如果核苷酸的平均分子量為 330(a、t、g 和 c 核苷酸的平均值)，則天然雙螺旋 dna 的摩爾吸光系數(shù)()經(jīng)計(jì)算為 6600。事實(shí)上，該值因 a-t、g-c 堿基含量不同而 在 6300-7000 之間變化。 天然 dna 在加熱、堿性等條件下，兩條脫氧多核苷酸鏈間的氫鍵會(huì)斷裂，形成 兩條單鏈結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為 dna 變性(denaturation)。dna 的吸收光譜具有增色 效應(yīng)(hyperchromicity)，即當(dāng) dna 發(fā)生從雙鏈向單鏈轉(zhuǎn)化時(shí)其吸光度會(huì)增加。單鏈 長度的縮短會(huì)引起進(jìn)一步的增色，因?yàn)樵趩捂?dna 中仍存在部分堿基的重疊作用。 對(duì)某一 dna 來說，其紫外吸收程度(a260)是雙鏈 dna 1.8，由此證明單鏈 dna 已形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 (2)不同濃度 bde-47