金屬配合物與DNA相互作用研究手段和進(jìn)展

項(xiàng)朋志，劉麗梅

(云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650222)

金屬配合物與DNA相互作用研究手段和進(jìn)展

項(xiàng)朋志，劉麗梅

(云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650222)

本文以金屬配合物 DNA 的作用為主要內(nèi)容，闡述了光譜學(xué)和電化學(xué)等多種儀器分析方法在研究金屬配合物與相互作用中的應(yīng)用以及金屬配合物與DNA 的作用近年來的研究情況，并對今后的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望．

金屬配合物；DNA；相互作用

DNA是生物體內(nèi)主要的遺傳物質(zhì)，也是化學(xué)物質(zhì)作用于生物體早期階段的一個重要的靶標(biāo)，在細(xì)胞復(fù)制前，如果形成未被修復(fù)或被錯誤修復(fù)的 DNA加合物可導(dǎo)致基因突變并成為致癌性的關(guān)鍵性步驟[1]．新型抗癌藥劑的開發(fā)和抗癌機(jī)理研究一直是比較熱門的前沿課題[2-3]，很多藥物的設(shè)計都是以DNA作為靶點(diǎn)來設(shè)計的，因而，金屬配合物小分子與 DNA的作用研究一直是化學(xué)和生物學(xué)熱門的研究領(lǐng)域[4]，其機(jī)理是利用金屬配合物與 DNA的弱相互作用，可以將金屬配合物作為 DNA結(jié)構(gòu)和構(gòu)象研究的探針．研究其作用模式和機(jī)理，通常是金屬離子與病毒 DNA相互結(jié)合后，影響到病毒 DNA的復(fù)制和遺傳，從而就抑制了腫瘤細(xì)胞的擴(kuò)散．目前，金屬配合物小分子與 DNA的作用模式有 3種，分別是靜電作用、溝渠作用和插入作用[5]，所以在分子水平上研究金屬配合物DNA的作用有非常重要作用，對藥物的合成和設(shè)計有積極指導(dǎo)意義．

1 研究方法

1.1 光譜方法

1.1.1 紫外-可見吸收光譜法

在光譜分析中，紫外-可見吸收光譜法是最常用的研究方法之一，紫外-可見吸收譜可以提供配合物與DNA發(fā)生插入作用的重要依據(jù)[6]比較金屬配合物溶液中加入DNA前后的子吸收光譜，如果加入DNA后吸收峰紅移、吸光光下降則表明金屬配合物小分子與 DNA的作用為插入作用，原因是插入配體與堿基對之間存在的堆積作用使得配體的 π*軌道與堿基的 π軌道發(fā)生偶合從而導(dǎo)致 π–π*躍遷能量減小，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象．同時偶合的 π*道因部分填充電子使得 π–π*躍遷的概率減小，從而產(chǎn)生減色效應(yīng)．減色和紅移程度的大小與插入的程度密切相關(guān)，插入配體的平面面積越大則作用就更加明顯．

1.1.2 熒光光譜法

熒光是研究金屬配合物與DNA的作用相互作用的重要手段，可分為靜態(tài)淬滅和動態(tài)淬滅2種方式．該法主要通過對熒光特征峰及其在不同條件下的位移情況、熒光偏振、同步熒光等研究，獲得蛋白質(zhì)分子中熒光生色基團(tuán)的種類、結(jié)構(gòu)和所處微環(huán)境及其分布情況等有用信息以及外源物質(zhì)與生物大分子相互作用的有關(guān)數(shù)據(jù)．李建晴等[7]采用熒光光譜究鹽酸小檗堿與DNA的相互作用，結(jié)果表明鹽酸小檗堿DNA的作用方式主要是嵌插結(jié)合．

1.2 電化學(xué)方法

電化學(xué)分析法在研究DNA的結(jié)構(gòu)形態(tài)堿基序列、DNA的損傷、基因診斷等方面具有重要的意義，它作為光度分析的補(bǔ)充，可以獲得其他方法難以了解的信息．循環(huán)伏安法是利用電化學(xué)來研究金屬配合物與 DNA的作用強(qiáng)有力的工具，1978年Bard小組[8]采用循環(huán)伏安法研究了鈷(III)配合物與DNA相互作用的電化學(xué)行為，并發(fā)展了根據(jù)配合物中心離子的峰電流和峰電位計算二者的表觀結(jié)合常數(shù)和結(jié)合位點(diǎn)的方法，奠定了利用電化學(xué)方法研究金屬配合物與 DNA相互作用的基礎(chǔ)，目前電化學(xué)手段越來越多，趙敏等[9]采用循環(huán)伏安法研究了金屬配合物 CuL(O,O,N-2-(2,4-二羥基苯亞甲氨基)丙酸根·咪唑合銅(Ⅱ))與鮭魚精 DNA 的相互作用．CuL與DNA作用后，氧化峰電流減小，式電位負(fù)移，研究結(jié)果表明，CuL可以通過靜電作用與DNA結(jié)合．

2 不同類型金屬配合物研究

2.1 卟啉化合物類金屬配合物與DNA的相互作用

卟啉化合物最顯著的化學(xué)特性是易與金屬離子生成1︰1的配合物卟啉，陽離子金屬卟啉對DNA有特殊的親和力[10]，具有較小體積的金屬卟啉可嵌入 DNA的堿基對中成鍵，而且不區(qū)別堿基對的種類，一種帶正電荷的Fe(II)卟啉主體利用側(cè)鏈的–NCH3與DNA分子結(jié)合，在低離子強(qiáng)度的溶液中從外部與DNA分子成鍵，在高離子強(qiáng)度時與 DNA 分子形成帶有化學(xué)鍵的自堆棧結(jié)構(gòu)[11]，王順等[12]通過合成的[5–(4–溴苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]鋅為底物，通過 Stille 偶聯(lián)的方法合成 5–(4'–氨基–4–聯(lián)苯基)–10,15,20–三苯基卟啉、[5–(4'–氨基–4–聯(lián)苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]鋅配合物以及[5–(4'–甲硫基–4–聯(lián)苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]鋅配合物，用 UV,NMR, IR和MS對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，研究了部分化合物的熒光和電化學(xué)性質(zhì)．李雅等[13]設(shè)計合成4種新型卟啉–5–氟尿嘧啶化合物，研究了其抗癌活性．

2.2 藥物活性成分配合物與DNA的相互作用

康敬萬等[14]用電化學(xué)方法和吸收光譜法研究了Eu3+–蘆丁配合物和小牛胸腺DNA的相互作用．發(fā)現(xiàn)Eu3+–蘆丁配合物與 DNA通過靜電吸引和溝槽鍵合方式鍵合．楊軍等[15]合成了環(huán)丙沙星鋱熒光配合物，并研究其與DNA分子的相互作用．對比DNA分子吸附配合物分子前后的顯微紅外及熒光光譜發(fā)現(xiàn)以環(huán)丙沙星分子為配體的稀土配合物同DNA間存在相互作用．

2.3 嘌呤類配合物與DNA的相互作用

盧繼新等[16]用溴化乙錠為探針研究了巰嘌呤(MP)金屬配合物與小牛胸腺 DNA的作用機(jī)制，探討了其作用模式，即巰嘌呤與 DNA是非嵌插結(jié)合，巰嘌呤金屬配合物與 DNA之間的作用為靜電方式和一定的嵌入方式．席小莉等[17]研究了6–芐氨基嘌呤及其金屬配合物與DNA的作用機(jī)理，實(shí)驗(yàn)表明二者間沒有發(fā)現(xiàn)純粹以插入方式結(jié)合的現(xiàn)象，說明這些金屬配合物與DNA都存在靜電結(jié)合．

2.4 菲咯啉類金屬配合物與DNA的相互作用

王紹娟等[18]研究了鐵–鄰菲咯啉類金屬配合物與DNA作用機(jī)理及DNA熒光光纖傳感器的研究，用熒光光譜法、紫外–可見光譜法、電化學(xué)法研究了它們與 DNA的相互作用．吳紅星等[19]通過紫外光譜法、熒光光譜法、圓二色光譜法、粘度法等方法研究了由合成的一種新型配體N,N′雙(2–亞甲基–1,10–菲咯啉)–3,6–二氧雜–1,8–辛二胺(L)與 La(III)形成的二元配合物和以氨基酸為第二配體形成的三元配合物與 ct-DNA的相互作用，初步探討了其可能的作用方式．

3 展望

人類即將進(jìn)入基因時代，可以預(yù)見在藥物篩選中金屬配合物 DNA的相互作用研究越來越受到重視，今后的熱點(diǎn)可能集中于以下幾個方面：DNA傳感器中指示劑的選擇；藥物與DNA的相互作用模式的研究；高靈敏的DNA生物探針的合成與應(yīng)用[20]．

4 結(jié)語

研究小分子金屬配合物和大分子 DNA的相互作用，從而探索 DNA的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，將有助于人們從分子水平上了解生命現(xiàn)象的本質(zhì)，并從基因水平上理解遺傳病、癌癥、艾滋病等疾病的發(fā)病機(jī)理，使通過分子設(shè)計尋找有效的治療藥物成為可能．插入 DNA的某些配合物已被研究作為人工核酸酶、DNA結(jié)構(gòu)探針、DNA分子熒光試劑、DNA斷裂試劑和抗癌藥等領(lǐng)域．

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Abstract:In this paper, interactions of metal complexes and DNA are studied; kinds of instrument analysis methods are introduced. It reviews the progress of study on interactions between metal complexes and DNA in recent years and predicts its future development.

Key words:metal complex ; DNA ; interaction

(責(zé)任編校：李建明英文校對：李玉玲)

Research Methods and Progress of Interaction between Metal Complexes and DNA

XIANG Peng-zhi, LIU Li-mei
(School of Chemical Engineering, Yunnan Vocational College of National Defense Industry, Kunming, Yunnan 650222, China)

O64；Q523

A

1673-2065(2011)01-0033-03

2010-06-20

云南省教育廳基金項(xiàng)目(08C0283)

項(xiàng)朋志(1979-),男,湖北黃岡人,云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院講師,理學(xué)碩士;

劉麗梅(1964-),女,山東汝山人,云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院副教授,工學(xué)碩士.