金属配合物与DNA相互作用研究手段和进展

项朋志，刘丽梅

(云南国防工业职业技术学院 化学工程学院，云南 昆明 650222)

金属配合物与DNA相互作用研究手段和进展

项朋志，刘丽梅

(云南国防工业职业技术学院 化学工程学院，云南 昆明 650222)

本文以金属配合物 DNA 的作用为主要内容，阐述了光谱学和电化学等多种仪器分析方法在研究金属配合物与相互作用中的应用以及金属配合物与DNA 的作用近年来的研究情况，并对今后的发展趋势进行了展望．

金属配合物；DNA；相互作用

DNA是生物体内主要的遗传物质，也是化学物质作用于生物体早期阶段的一个重要的靶标，在细胞复制前，如果形成未被修复或被错误修复的 DNA加合物可导致基因突变并成为致癌性的关键性步骤[1]．新型抗癌药剂的开发和抗癌机理研究一直是比较热门的前沿课题[2-3]，很多药物的设计都是以DNA作为靶点来设计的，因而，金属配合物小分子与 DNA的作用研究一直是化学和生物学热门的研究领域[4]，其机理是利用金属配合物与 DNA的弱相互作用，可以将金属配合物作为 DNA结构和构象研究的探针．研究其作用模式和机理，通常是金属离子与病毒 DNA相互结合后，影响到病毒 DNA的复制和遗传，从而就抑制了肿瘤细胞的扩散．目前，金属配合物小分子与 DNA的作用模式有 3种，分别是静电作用、沟渠作用和插入作用[5]，所以在分子水平上研究金属配合物DNA的作用有非常重要作用，对药物的合成和设计有积极指导意义．

1 研究方法

1.1 光谱方法

1.1.1 紫外-可见吸收光谱法

在光谱分析中，紫外-可见吸收光谱法是最常用的研究方法之一，紫外-可见吸收谱可以提供配合物与DNA发生插入作用的重要依据[6]比较金属配合物溶液中加入DNA前后的子吸收光谱，如果加入DNA后吸收峰红移、吸光光下降则表明金属配合物小分子与 DNA的作用为插入作用，原因是插入配体与碱基对之间存在的堆积作用使得配体的 π*轨道与碱基的 π轨道发生偶合从而导致 π–π*跃迁能量减小，产生红移现象．同时偶合的 π*道因部分填充电子使得 π–π*跃迁的概率减小，从而产生减色效应．减色和红移程度的大小与插入的程度密切相关，插入配体的平面面积越大则作用就更加明显．

1.1.2 荧光光谱法

荧光是研究金属配合物与DNA的作用相互作用的重要手段，可分为静态淬灭和动态淬灭2种方式．该法主要通过对荧光特征峰及其在不同条件下的位移情况、荧光偏振、同步荧光等研究，获得蛋白质分子中荧光生色基团的种类、结构和所处微环境及其分布情况等有用信息以及外源物质与生物大分子相互作用的有关数据．李建晴等[7]采用荧光光谱究盐酸小檗碱与DNA的相互作用，结果表明盐酸小檗碱DNA的作用方式主要是嵌插结合．

1.2 电化学方法

电化学分析法在研究DNA的结构形态碱基序列、DNA的损伤、基因诊断等方面具有重要的意义，它作为光度分析的补充，可以获得其他方法难以了解的信息．循环伏安法是利用电化学来研究金属配合物与 DNA的作用强有力的工具，1978年Bard小组[8]采用循环伏安法研究了钴(III)配合物与DNA相互作用的电化学行为，并发展了根据配合物中心离子的峰电流和峰电位计算二者的表观结合常数和结合位点的方法，奠定了利用电化学方法研究金属配合物与 DNA相互作用的基础，目前电化学手段越来越多，赵敏等[9]采用循环伏安法研究了金属配合物 CuL(O,O,N-2-(2,4-二羟基苯亚甲氨基)丙酸根·咪唑合铜(Ⅱ))与鲑鱼精 DNA 的相互作用．CuL与DNA作用后，氧化峰电流减小，式电位负移，研究结果表明，CuL可以通过静电作用与DNA结合．

2 不同类型金属配合物研究

2.1 卟啉化合物类金属配合物与DNA的相互作用

卟啉化合物最显著的化学特性是易与金属离子生成1︰1的配合物卟啉，阳离子金属卟啉对DNA有特殊的亲和力[10]，具有较小体积的金属卟啉可嵌入 DNA的碱基对中成键，而且不区别碱基对的种类，一种带正电荷的Fe(II)卟啉主体利用侧链的–NCH3与DNA分子结合，在低离子强度的溶液中从外部与DNA分子成键，在高离子强度时与 DNA 分子形成带有化学键的自堆栈结构[11]，王顺等[12]通过合成的[5–(4–溴苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]锌为底物，通过 Stille 偶联的方法合成 5–(4'–氨基–4–联苯基)–10,15,20–三苯基卟啉、[5–(4'–氨基–4–联苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]锌配合物以及[5–(4'–甲硫基–4–联苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]锌配合物，用 UV,NMR, IR和MS对其结构进行了表征，研究了部分化合物的荧光和电化学性质．李雅等[13]设计合成4种新型卟啉–5–氟尿嘧啶化合物，研究了其抗癌活性．

2.2 药物活性成分配合物与DNA的相互作用

康敬万等[14]用电化学方法和吸收光谱法研究了Eu3+–芦丁配合物和小牛胸腺DNA的相互作用．发现Eu3+–芦丁配合物与 DNA通过静电吸引和沟槽键合方式键合．杨军等[15]合成了环丙沙星铽荧光配合物，并研究其与DNA分子的相互作用．对比DNA分子吸附配合物分子前后的显微红外及荧光光谱发现以环丙沙星分子为配体的稀土配合物同DNA间存在相互作用．

2.3 嘌呤类配合物与DNA的相互作用

卢继新等[16]用溴化乙锭为探针研究了巯嘌呤(MP)金属配合物与小牛胸腺 DNA的作用机制，探讨了其作用模式，即巯嘌呤与 DNA是非嵌插结合，巯嘌呤金属配合物与 DNA之间的作用为静电方式和一定的嵌入方式．席小莉等[17]研究了6–苄氨基嘌呤及其金属配合物与DNA的作用机理，实验表明二者间没有发现纯粹以插入方式结合的现象，说明这些金属配合物与DNA都存在静电结合．

2.4 菲咯啉类金属配合物与DNA的相互作用

王绍娟等[18]研究了铁–邻菲咯啉类金属配合物与DNA作用机理及DNA荧光光纤传感器的研究，用荧光光谱法、紫外–可见光谱法、电化学法研究了它们与 DNA的相互作用．吴红星等[19]通过紫外光谱法、荧光光谱法、圆二色光谱法、粘度法等方法研究了由合成的一种新型配体N,N′双(2–亚甲基–1,10–菲咯啉)–3,6–二氧杂–1,8–辛二胺(L)与 La(III)形成的二元配合物和以氨基酸为第二配体形成的三元配合物与 ct-DNA的相互作用，初步探讨了其可能的作用方式．

3 展望

人类即将进入基因时代，可以预见在药物筛选中金属配合物 DNA的相互作用研究越来越受到重视，今后的热点可能集中于以下几个方面：DNA传感器中指示剂的选择；药物与DNA的相互作用模式的研究；高灵敏的DNA生物探针的合成与应用[20]．

4 结语

研究小分子金属配合物和大分子 DNA的相互作用，从而探索 DNA的结构与功能的关系，将有助于人们从分子水平上了解生命现象的本质，并从基因水平上理解遗传病、癌症、艾滋病等疾病的发病机理，使通过分子设计寻找有效的治疗药物成为可能．插入 DNA的某些配合物已被研究作为人工核酸酶、DNA结构探针、DNA分子荧光试剂、DNA断裂试剂和抗癌药等领域．

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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

(责任编校：李建明英文校对：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

云南省教育厅基金项目(08C0283)

项朋志(1979-),男,湖北黄冈人,云南国防工业职业技术学院化学工程学院讲师,理学硕士;

刘丽梅(1964-),女,山东汝山人,云南国防工业职业技术学院化学工程学院副教授,工学硕士.