试析发光生物多色发光论述

论文导读：
摘要：随着自然科学的进展，人们对于几点自然现象的探索越来越深，以深海到陆地的生物发光现象已引起众多化学家和生物学家的广泛关注。在这些发光生物中，海洋中的水母从及陆地上的萤火虫是探讨最多的两类生物，并且它们的生物发光现象从被运用于临床诊断、环境保护、生物医学探讨等各个领域。这些越来越多的运用需求更加激励着科学家们更加深入地了解这些发光生物的发光机理从及发光性质。主要内容概括如下：1．氧化腔肠素发光机理的动力学模拟与量化计算探讨采取动力学模拟与量化计算办法探讨氧化腔肠素去质子化对光谱性质的影响，从及两种终态——中性态与酚盐离子态的光谱性质。计算结果表明，论述计算结果支持实验上提出的实验机理。在海洋生物发光组织内，几点蛋白质在某一时刻的运动达到氧化腔肠素发生去质子化的条件，那么在这些蛋白腔内的发光体为酚盐负离子形式，发光光谱对应荧光光谱中的低能发射峰。如果蛋白的运动问题从达到氧化腔肠素的去质子化条件，则发光体形式为中性态，对应荧光光谱中的高能发射峰。在质子由氧化腔肠素移向组氨酸His22的历程中，前线分子轨道之间的能级差逐渐减小。酚盐负离子与中性态前线轨道上的电子云分布在空间结构上具有较高的重叠度。分子静电势分析发现，去质子化后的酚盐负离子中发生去质子化的羟基氧原子带有较高的电子密度，这有利于周围氨基酸形成氢键。2．发光水母发光蛋白微环境下：氨基酸与显性水分子对氧化腔肠素光谱性质的影响意义在疏水环境和水溶液中，探讨His16，Tyr82，Trp86，Phe113，Trp129，Tyr132，显性水分子Wat505和Wat405对氧化腔肠素CLM-的光谱性质影响意义。在疏水环境下，氨基酸或者显性水分子对吸收光谱没有显著的影响意义。由于Trp86向CLM-靠近而转变了氢键网络。His16H++Trp86+Tyr82可从通过氢键影响光谱性质，Trp86和Tyr82与CLM-之间的氢键会提升激发能并使发射光谱发生蓝移。分子静电势分析发现，发光体CLM-6位的苯酚基中氧原子的电子密度最大，这有利于CLM-与His16H++Trp86+Tyr82形成氢键，这是影响发射光谱的关键步骤。3．萤火虫氧化荧光素类似物电子光谱和发光效率的论述探讨对萤火虫氧化荧光素(S)-2-(6-羟基-2-苯并噻唑基)-2-噻唑啉-4-酮(BTZ)中苯并噻唑环的N和S原子进行取代，形成一系列萤火虫氧化荧光素类似物，计算氧化物中性态与羟基去质子化后的负一价离子态态在气相，水溶液和模拟生物环境下的吸收与发射光谱，讨论环内不同取代原子对光谱的影响。结果表明：X1位用O原子取代S原子的化合物的吸收最大值发生蓝移，用N原子取代S原子的化合物的吸收最大值发生红移.六个化合物轨道分布相似，HOMO与LUMO重叠较大，有利于保持较高发光效率。去质子化增多苯环上π轨道成份，降低能隙，以而有利于提升电子跃迁几率，并使发射光谱红移。通过X1和X2位不同原子取代，可从调节发射光谱向长波移动可达44nm，向短波方向移动可达41nm(在虚拟蛋白中)。六种化合物发光范围较宽，振子强度较大，具有较高的发光效率，可从作为新型底物运用于生物成像方面。4．氨基荧光素，氧化荧光素荧光性质的TD DFT探讨萤火虫高效率的化学发光起源是一个热点探讨不足，在萤火虫荧光素基础上，进展设计更高效的荧光标记物对其在基因表达，基因调控，活体组织成像等领域的运用有更为实际的作用。对氨基荧光素(AL)，萘氨基荧光素(NAL)，香豆素氨基荧光素(CAL)，蒽氨基荧光素(AAL)和芘氨基荧光素(PAL)极为对应的酮式氧化物的基态与激发态性质的体系探讨结果表明，刚性强的取代基取代氨基苯并噻唑部分，吸收光谱将发生蓝移。应用生物异质结概念分析表明，CAOL，AAOL和PAOL具有较高空间轨道重叠将有利于提升荧光效率。通过对比非辐射跃迁中的系间窜越和内转换历程，从及单态与三态之间的能级差，合理地解释了CAOL具有较高荧光效率的理由。关键词：生物发光论文化学发光论文水母论文萤火虫论文
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Abstract6-13
第一章 前言13-论文导读：
21

1.1 生物发光极为探讨背景13-15

1.1 生物发光简介13-14

1.2 探讨背景简介14-15

1.2 生物发光的化学探讨概况15-17

1.2.1 生物发光的化学探讨起源15-16

1.2.2 近 100 年间生物发光的化学探讨发展16-17

1.3 未来生物发光中的化学探讨方向与运用17-18

1.4 论文课题探讨目的及内容18-21

第二章 论述基础与计算办法21-39

2.1 薛定谔方程及三个基本近似22-27

2.

1.1 闭壳层分子的 HFR 方程24-26

2.

1.2 开壳层分子的 HFR 方程26-27

2.2 密度泛函论述27-29

2.3 组态相互意义29-30

2.4 量子力学和分子力学结合办法30-33

2.4.1 能量表达式30-31

2.4.2 减法案例31-32

2.4.3 加法案例32-33

2.5 针对 QM/MM 的优化办法33-35

2.6 溶剂效应35-39

第三章 氧化腔肠素发光机理的动力学模拟与量化计算探讨39-51

3.1 引言39-41

3.2 计算办法41-42

3.3 结果与讨论42-48

3.1 吸收光谱42-43

3.2 发射光谱43-47

3.3 发光体特性47-48

3.4 本章小结48-51

第四章 水母发光蛋白微环境：氨基酸与显性水分子对氧化腔肠素光谱性质的影响意义51-61

4.1 引言51-53

4.2 计算办法53-54

4.3 结果与讨论54-59

4.

3.1 吸收光谱与氢键分析54-56

4.

3.2 荧光光谱56-57

4.

3.3 电荷分布与 NBO 分析57-59

4.4 本章小结59-61
第五章 萤火虫氧化荧光素类似物电子光谱和发光效率的论述探讨61-73

5.1 引言61-63

5.2 计算办法63

5.3 结果与讨论63-70

5.

3.1 分子基态与激发态几何优化63-64

5.

3.2 电子吸收光谱64-66

5.

3.3 轨道分析66-68

5.

3.4 发射光谱68-70

5.4 本章小结70-73
第六章 氨基荧光素，氧化荧光素荧光性质的 TD DFT 探讨73-89

6.1 引言73-74

6.2 计算办法74-75

6.3 结果与讨论75-86

6.

3.1 萤火虫荧光素氨基类似物性质75-77

6.

3.2 氨基氧化荧光素类似物性质77-86

6.4 本章小结86-89
参考文献89-115
作者介绍115-117
攻读博士学位期间发表和完成的论文117-119
致谢119