（物理化学专业论文）多吡啶双核钌或铜配合物的合成及与dna作用的研究.pdf

i 、 萋咝堕双麴或铜醒金曲的合成 弋，一 及与d n a 作用的研究 摘要 ( 多吡啶配体与钌或铜形成的配合物在光物理，电化学，分子自组装等研究 领域占有重要的位置。在d n a 结构识别、光谱探针、裂解试剂和抗癌药物等方面 的应用也受到越来越广泛的重视。这些应用大多数要求配合物要有一个配体能够 插入到d n a 的碱基对平面之间。近年来，这种类型的多核配合物与d n a 的独特作 用方式成为生物无机化学领域引人注目的研究课题。厂d 本文以邻菲咯啉为原料，通过邻菲略啉一2 ，9 一二醛和邻菲略啉一5 6 - 二铜中 间体，合成了一种未见前人报道的在结构上既可作为桥联配体，也具有插入d n a 碱基对平面间的能力的含咪唑环的多吡啶配体，2 ，9 一二( 2 一咪唑并 4 5 - f 邻菲咯 啉) 邻菲咯啉( b i p p ) ，并用该配体作为桥联配体合成了两个同双核配合物 ( b p y ) z r u ( f - b i p p ) r u ( b p y ) ： ( c 1 0 。) 和 ( p h e n ) c u ( f - b l p p ) c u ( p h e n ) 】( c 1 0 。) ( 其 中b p y p h e n 分别为2 2 一联吡啶和邻菲略啉) 。通过元素分析，质谱，液相色 谱，一维和二维氢谱，热分析，电子吸收光谱，发光光谱，红外光谱，电化学等 手段，对这些配体和配合物进行了表征和r 陛质研究。 通过电子吸收光谱，稳态发光光谱，稳态发光猝灭，粘度测量等方法，研 究了上述配合物与小牛胸腺d n a 的作用情况。f 实验结果表明： ( b p y ) z r u ( p - b l p p ) r u ( b p y ) ：r 与d n a 发生明显结合，表现在它的光物理性 质受到d n a 较大程度的影晌。d n a 的加入使得 ( b p y ) ：r u ( p - b i p p ) r u ( b p y ) ： “的紫 外和可见区吸收峰都出现明显的减色现象，其中定域在b i p p 上的3 7 0n m 的特征 峰的减色程度比4 4 5n m 附近的m l c t 峰更大，饱和时达到5 0 左右，并且明显红 移了8n m 。加入d n a 后配合物溶液在6 0 1n m 的发光明显增强，饱和时达到1 4 倍，波长红移1 3n m 。而且结合d n a 后发光受 f e ( c n ) 。 猝灭的可能性显著降低。 小牛胸腺d n a 的相对粘度在加入该配合物后增大可达1 4 倍。由于b p y 小的平面 性使得它不具备插入d n a 的功能因此上述事实说明该配合物与d n a 作用时是以 配体b lp p 插入到碱基对平面之间的。 ( b p y ) ：r u ( f - b i p p ) r u ( b p y ) ： ”在没有d n a 存在时可与c u ”形成1 ：1 型的 配合物，这可从电子吸收和发射光谱的变化判断出来，配位结合位点应为b f p p 中部邻菲略啉环的空的螯合n 原子。但是结合了o n a 后的 ( b p y ) 。r u ( 旷b f p p ) r u ( b p y ) ： | + 光谱生质不会受到c u 2 + 的影响，表明结合了d n a 的 ( b p y ) ：r u ( 旷b i p p ) r u ( b p y ) ： “不能与c u 2 + 配位，这也有力地证明了 ( b p y ) ：r u ( f , - b i p p ) r u ( b p y ) ：r 是以b lp p 插入，尤其是以b i p p 中部的邻菲略啉环 进入d n a 内部的推断。 ( p h e n ) c u ( p - b i p p ) c u ( p h e n ) “与d n a 作用时2 7 0n m 附近的电子吸收谱带 也出现比较明显的减色现象( 饱和时减色率约1 8 ) ，但3 2 0 4 0 0n m 的吸收谱带 则几乎没有变化。由于3 2 0 4 0 0n m 的吸收谱带主要是由b l p p 决定的因此c u 2 b 可能是以两端平面结构的( p h e n ) o u ”插入d n a ，而不是以b ip p 插入。3 6 6n m 附近 的发光谱带在d n a 加入时呈现明显的减弱，近饱和时发光强度降低到仅为无d n a 存在时的15 ，表明d n a 可与 ( p h e n ) c u ( f , - b ip p ) c u ( p h e n ) r 紧密接触而发生无 辐射能量转移。相同条件下 ( p h e n ) c u ( 旷b i p p ) c u ( p h e n ) r 引起的d n a 相对粘度 变化比 ( b p y ) ：r u ( 旷b i p p ) r u ( b p y ) ：r 明显得多，说明前者能比后者更好地与d n a 插入结合。这可由前者两端的( p h e n ) o u ”均可作为插入功能团而后者只有一个 b ip p 作为插入功能团得n - _ p , 好的解释。土7 ( ，v 4 s y n t h e s i sa n dd n ab i n d i n gs t u d m so fn e w p o l y p y r i d y ld i n u c l e a rr u t h e n i u ma n dc o p p e r c o m p l e x e s s u m m a r y p o l y p y r i d y lr u t h e n i u ma n dc o p p e rc o m p l e x e sp l a ya ni m p o r t a n t r o l ei nt h e r e s e a r c hf i e l d ss u c ha sp h o t o p h y s i c s ，e l e c t r o c h e m i s t r ya n dm o l e c u l a r a s s e m b l i n g r e c e n t l y ，m u c ha t t e n t i o nh a sb e e np a i di nt h e i rp o t e n t i a l sf o rd n a s t r u c t u r e r e c o g n i t i o n ，s p e c t r o s c o p i cp r o b e s ，h y d r o l y t i cr e a g e n t s a n da n t i c a n c e rd r u g s m o s to ft h e s e a p p l i c a t i o n s d e m a n dt h ee x i s t e n c eo f l i g a n d sc a p a b l e o f i n t e r c a l a t i n gd n a b a s e p a i r s t h i st h e s i s p r e s e n t e d t h e s y n t h e s i s o fan o v e l p o l y p y r i d y ll i g a n d ， 2 , 9 b i s ( 2 i m i d a z o l 4 ，5 一q 1 ，1 0 p h e n a n t h r o l i n e ) - l j l o - p h e n a n t h r o l i n e ( a b b r e v i a t e d a s b i p p ) ，s t a r t i n g f r o m l ，1 0 一p h e n a n t h r o l i n et h r o u g h l ，1 0 一p h e n a n t h r o l i n e - 5 ，6 d i o n e a n d l ，1 0 - p h e n a n t h r o l i n e - 2 ，9 d i a l d e h y l e i n t e r m e d i a t e s u s i n gt h i sl i g a n da sb r i d g i n gb l o c k t w on e wd i n u c l e a rc o m p l e x e s 0 a p y ) 2 r u ( - t b i p p ) r u ( b p y ) 2 】4 + a n d ( p h e n ) c u ( p b i p p ) c u ( p h e n ) 4 + ，w h e r eb p y a n d p h e nd e n o t e2 , 2 - b i p y r i d i n ea n dl ，1 0 p h e n a n t h r o l i n er e s p e c t i v e l y , h a v ea l s o b e e ns y n t h e s i z e d m e a n so fe l e m e n t a la n a l y s i s ，m s ，h p l c ，t h e r m a la n a l y s i s ，i r , e l e c t r o c h e m i s t r y , 1 da n d2 dp r o t o nn m r e l e c t r o n i ca b s o r p t i o na n de m i s s i o n s p e c t r a h a v eb e e nu t i l i z e df o r c h a r a c t e r i z i n g a n dp r o p e r t ys t u d i e so ft h e s e c o m p o u n d s p h o t o p h y s i c a l m e t h o d s i n v o l v i n g e l e c t r o n i c a b s o r p t i o n ，e m i s s i o n a n d e m i s s i o nq u e n c h i n g ，a n dv i s c o s i t ym e a s u r e m e n th a v eb e e nu s e dt os t u d yt h e i n t e r a c t i o no ft h ed i n u c l e a rc o m p l e x e sw i t hc a l ft h y m u sd n a t h er e s u l t sa n d c o n c l u s i o na r ea sf o l l o w s ： c o p y ) 2 r u ( p - b i p p ) r u ( b p y ) 2 广b i n d ss i g n i f i c a n t l yw i t hd n a ，a ss h o w nb y t h es i g n i f i c a n te f f e c to fd n ao nt h ep h o t o p h y s i c a lp r o p e r t i e s t h eu l t r a v i o l e ta n d v i s i b l ea b s o r p t i o nb a n d sd e c r e a s e di n i n t e n s i t ya n dt h eb a n da r o u n d3 7 0n m ， w h i c hi sa t t r i b u t a b l et ob i p pd e c r e a s e dm u c hm o r et i t a nt h em l c tb a n d s 5 a r o u n d4 4 5n m ，r e a c h i n gc a5 0 a ts a t u r a t i o na n dt h eb a n ds h i f t e dr e d8n m t h ee m i s s i o nb a n da r o u n d6 0 1n mi n c r e a s e dr e m a r k a b l yb y1 4f o i d ，a n ds h i f t e d r e d1 4n mw h e nd n aw a sa d d e dt os a t u r a t i o n ，t h ee m i s s i o nq u e n c h i n go ft h i s c o m p l e xb yk 4 f e ( c n ) 6 】w a sd e c r e a s e dg r e a t l yw h e nd n a w a sp r e s e n t t h e r e l a t i v e v i s c o s i t y o fd n aw a sr a i s e dc a4 0 a f t e ra d d i n gt h i s c o m p l e xt o s a t u r a t i o n s i n c et h es m a l l p l a n a r i t y o fb p ym a k e sb p yap o o rm o i e t yf o r i n t e r c a l a t i n gd n a , t h ea b o v ef a c t si m p l yt h a t ( b p y ) 2 r u ( t t - b i p p ) r u ( b p y ) 2 4 + b i n d st od n a b yi n t e r c a l a t i o no f b i p pi n t ot h ed n ab a s ep a i r s i nt h ea b s e n c eo f d n a ( b p y ) z r n o t - b i p p ) r u ( b p y ) 2 4 + c o u l d f o r m1 ：1 c o m p l e xw i t hc u “，a st o l db yt h ee l e c t r o n i ca b s o r p t i o na n de m i s s i o ns p e c t r a t h eb i n d i n gs i t e ss h o u l db et h ec h e l a t i n gp o s i t i o n e dna t o m sl o c a t e di nt h e p h e n a n t h r o l i n em o i e t y i nt h em i d d l e p a r t o fb i p eb u tf o rd n ab o u n d 0 b p y ) 2 r u ( p t - b i p p ) r n o b p y ) z “，i t sp h o t o p h y s i c a lb e h a v i o rc o u l dn o t b ea f f e c t e d b ya d d i n gc 一+ i n d i c a t i n gn oc o o r d i n a t i o nc o u l do c c u ri ns u c hc a s e t h i sa l s o s t r o n g l y7 s u p p o r t e d t h e s p e c u l a t i o n t h a t b i p p , e s p e c i a l l y i t sm i d d l e p h e n a n a n t h r o l i n em o l e t y i sr e s p o n s i b l ef o ri n s e r t i o nt od n a a sf o r 【( p h e n ) c u ( 1 1 b i p p ) c u ( p h e n ) “，i t sa b s o r p t i o nb a n da r o u n d2 7 0a m a l s od e c r e a s e dn o t a b l y ( m a x i m u mc a1 8 ) ，b u tt h eb a n d sb e t w e e n3 2 0t o4 0 0n m a l m o s tr e m a i n e du n c h a n g e dw h i l ei n t e r a c t i n gw i t hd n a s i n c et h eb a n db e t w e e n 3 2 0t o4 0 0n mw a sm a i n l yd e t e r m i n e d b yb i p p , i tc o u l db ed e d u c e d t h a t ( p h e n ) c u ( t t - b i p p ) c u ( p h e n ) 4 + b i n d st od n ab yi n t e r c a l a t i n gt h et w ot e r m i n a l p l a n a r ( p h e n ) c u “m o i e t i e s ，b u tn o t t h eb i p pm o i e t yi n t ot h ed n ab a s ep a i r s t h ee m i s s i o nb a n da r o u n d3 6 6n md e c r e a s e dm a r k e d l y ( m a x i m u m8 5 1i nt h e p r e s e n c e o fd n a , i n d i c a t i n g d n ac o u l dc o n t a c t t i g h t l y w i t h ( p h e n ) c u ( t t - b i p p ) c u ( p h e n ) “s on o n e m i s s i o ne n e r g yt r a n s f e r c o u l do e e n r t h e r e l a t i v ev i s c o s i t yi n c r e a s i n go fd n ai n d u c e db y ( p h e n ) c u ( p t - b i p p ) c u ( p h e n ) ” w a sm u c hm o r eo b v i o u st h a nt h a t b y ( b p y ) 2 r u ( i t - b i p p ) r u ( b p y ) 2 “，w h i c h c o u l dw e l le x p l a i n e db yt h ed i f f e r e n c ei nt h ei n t e r c a l a t i n gm o i e t i e sb e t w e e nt h e t w o c o m p l e x e s ：t w ot e r m i n a l ( p h e n ) c u + i n t h ef o r m e ra n d o n l y o n e p h e n a n t h r o l i n ep a r t o fb i p pi nt h el a t t e r 6 1 1 前言 第一章多吡啶金属配合物与核酸的作用研 究概况 19 5 3 年w a t s o n 和c r ic k n l 提出d n a 的双螺旋结构模式，从分子水平上阐述了 生命遗传信息通过d n a 的半保留复制机理，从此生物学进入了分子生物学的新时 代，分子生物学和分子药理学的发展使人们能够从基因水平上理解某些疾病的发 病机理，并通过分子设计来寻找有效的治疗药物。金属配合物可作为d n a 的结构 和构象的探针，因此研究金属配合物与d n a 的键合和识别机理成为国际上较活跃 的研究领域之一”。 研究金属离子和配合物与核酸的作用有很多实际动机。环境中金属的毒性一 部分就源于金属离子与核酸的共价结合。这些重金属还与金属调控蛋白作用，干 扰基因表达，我们需要了解影响基因表达的天然金属调控蛋白的作用，设计新的 特异性结合配体，捕获特定的重金属离子，以免除它们对生物体的损害，但另一 方面，如果损害的对象是对生物体更有害的物质如肿瘤细胞基因。则无疑这种损 害是受欢迎的，如顺铂等临床上使用的许多抗癌药物部是以d n a 为作用的主要靶 点，通过与癌细胞d n a 发生相互作用破坏其结构，进而影响基因调控与表达的功 能，表现出抗癌活性。要设计新的金属抗癌药物必须对金属离子和配合物与核酸 的相互作用有详尽的了解。 八面体的过渡金属配合物由于具有独特的光谱或反应特征，已被发现可用作 核酸的光谱学和反应探针。b ar t o n 等将该类配合物延伸到三维空间，通过设计 配合物分子的形状，对称性，及官能团结构，使其与d n a 分子在相应的方面匹配， 从而对d n a 进行特异性识别。同时通过配合物的光化学，光物理，氧化还原性质， 探测它们与d n a 的作用，使其作为d n a 的结构探针得到进一步发展”1 。 大自然也经常“自觉”用到金属核酸化学。它可以通过生物合成，制造出 一些天然产物，螯台具有氧化还原活性的金属离子识别和破坏外界入侵的d n a 。 为了对配合物与核酸的作用有深入、形象的认识，有必要先了解一些关于核 酸的结构、配合物与核酸作用方式和反应等基础知识。 1 2 研究基础 1 2 1 d n a 的组成和结构1 ”羽 构成核酸的单体是核苷酸，核苷酸由核苷( 包括碱基，戊糖) 和磷酸组成。 按戊糖是b - d 核糖或b d - 2 一脱氧核糖，将核酸分为核糖核酸( r n a ) 和脱氧 核糖核酸( d n a ) 。前者的碱基是腺嘌呤( a ) 、乌嘌呤( g ) 、胞嘧啶( c ) 和胸腺嘧 啶( t ) 四种。后者的碱基中，除尿嘧啶( u ) 代替了胸腺嘧啶外，其余三种与前 者相同。 脱氧核苷酸之间由3 5 一磷酸二酯键连接起来形成单链，称为d n a 的一级 结构。两条单链之间碱基由氢键联系起来，形成两种特定碱基配对： 一t 和g c 。 相邻碱基对平面之间间隔处于v a nd e rv ( a a i s 距离内，因此碱基平面上分布的 电子云系统之间的吸引力、碱基上永久性偶极间的作用力和诱导偶极的相互作用 等分子问作用力，使碱基之问存在堆积作用。堆积作用的大小表现出嘌呤一嘌呤 嘌呤一嘧啶 嘧啶一嘧啶的趋势，而且还受碱基排列顺序的影响。氢键和堆积作 用使两条脱氧核苷酸单链组成一条双螺旋，就是d n a 的二级结构。 碱基对与糖环的连接不是在碱基对的相反两侧而是在同侧，这种不对称的连 接导致双螺旋表面形成两个凹下去的沟，宽的称为大沟，窄的称为小沟。大沟携 带了其它分子能阅读的信息( 碱基顺序) ，沟足够大，能允许蛋白质分子进入。 相比之下，小沟的信息较少些。 芦 a e o ，眵 o o l nc 碱釜 g 0 f p l 7 【h 甲一 、n 八n h 2 c 美 田1 i 脱氧檀苷破单体和碱基箭头示出一些可能的单嚏扭转 图1 1 示出了一个脱氢核苷酸单体，单键的扭转造成糖环的信封式折叠和扭 转式折叠；而碱基平面绕n 一糖苷键旋转形成了核苷的顺式和反式构象。进一步 使得双螺旋结构也采取多种构象，配对碱基也不完全共平面。 d n a 是一种柔性的生物大分子，这使得d n a 双螺旋可采用不同的构象，如a ， 1 3 ，c ，d ，z 等形式。图1 2 示出了几种结构模型。d n a 采用哪种构象，很大程度 上取决于环境条件，如盐的种类，相对湿度等。b 型是大多数天然d n a 的存在形 式，其结构特点是两条呈反平行的多核苷酸链围绕同一螺旋轴旋绕而形成右手双 螺旋，每十个碱基对旋绕一圈形成一个螺旋结构，螺距3 4n m ，螺距直径2n m 。 z - d n a 是d n a 几种构象中难一的左手螺旋。z - d n a 中两条由d g 和d c 交替形成的 寡聚核苷酸链反向平行排列，通过w a t s o n c ri c k 碱基配对把它们系在一起并绕 成个左手螺旋。d n a 不同构象所具有的特征使得小分子配合物来识别d n a 的二 级结构成为可能。 一d n a b d n a 。c - d n ad d n a z - d n a o 黪 图1 1 2 不同构象d n a 的模型各画了2 0 b p ( 碱基对) 片段上图是 垂直于螺旋轴的侧视图，下图是沿螺旋轴的顼视图连续 的线表示糖和磷酸主= 融线段表示碱基对位置 1 2 2 配合物与核酸结合的基本形式 金属离子和配合物与核酸有多种结合方式，强的共价结合和弱的非共价结合 都是可能的。 1 2 2 1 非共价结合 ( 1 ) 静电结台 外层骨架上的磷酸根使核酸成为一种多聚阴离子( 通常以钠盐形式存在) 。 金属离子及其许多配合物带有正电荷，因此它们可与核酸在外层形成静电结合。 通常认为这种作用模式在应用上价值不大，但也不尽然，例如有的金属卟啉带正 电荷的侧键与d n a 磷酸酯骨架间的静电作用对它能嵌入结合在g c 碱基对之间起 了必不可少的稳定作用。 ( 2 ) 插入和氢键结合 平面的或几乎平面的芳香杂环配体插入到d n a 的碱基对平面之间，这种插人 作用的结合力来自芳环的离域n 体系与碱基的n 体系问的n n 相互作用及疏水 相互作用。这是药物分子与d n a 发生作用的最重要的形式之一。当配合物插入 d n a 碱基对平面之间后，有的可以直接抑制i ) n a 复制与转录的功能；有的则在经 过进一步活化后，使d n a 断裂受损而影响其功能。配体与多聚核苷酸间的氢键作 用也相当普遍，特别容易发生在骨架磷酸根的氧原子上。例如，c o ( n h 。) 。”的氢原 子能与磷酸的氧原子或鸟嘌呤的氮原子形成氢键“”。 1 2 2 2 共价结台( 配位结合) 软金属离子如p t ( i i ) p d ( 1 i ) ) ，r u ( i i ) 和碱基的亲核性部位之间可产生共 价结合。与非共价结合相比，配合物与d n a 共价结合的序列特异- i 生识别能力要强 得多。晶体衍射等方法已证实，顺铂中的p t 原子能够与d n a 小沟中同一条链上 相邻乌嘌呤 d ( g p g ) 的n 7 共价结合形成链内加成物，使d n a 双链解旋并产生弯 曲。同一个配合物与核酸之间既有共价作用，也有非共价作用，这种情况也是可 能的。顺铂在与乌嘌呤n 7 直接配位的同时，氨配体正好可以与磷酸根形成氢键 ”。 p t ( t er p y ) c i + ( t e r p y 为2 2 2 ”一三联吡啶) 既可以t er p y 配体插入碱 基对平面间，也可在cj 一离解后以p t ( i i ) 与碱基直接配位，但这两种作用不是同 时发生的，p t ( i i ) 与碱基配位后立体构型要求使t er p y 不能再在d n a 大沟中与 碱基堆积，从而不能插入“。 1 0 1 3 配合物与d n a 的反应 过渡金属配合物作为d n a 的结构和构象探针成为近几年的研究热点由于其 具有良好的反应活性及丰富的谱学性质，为探测配合物与d n a 的反应提供了方便 的研究手段，这类配合物与d n a 的反应大致可分为以下三类： ( 1 ) 直接氧化断裂d n a 链：与糖环反应 许多d n a 的降解试剂是通过在键合位点邻近处的糖环去掉氢原子的机理进行 的。如 r h ( p h e n ) ：p h 门”( p h i 为9 ，1 0 一菲二亚胺) ”在紫外光照射下，发生了金 属与配体的电荷转移，使p h i 上产生了自由基。配体上的自由基可从邻近处的脱 氧核糖环上去掉c 3 氢原子，使得糖环降解，d n a 链发生断裂。 ( 2 ) 与d n a 碱基的氧化反应 氧化损伤d n a 碱基一般发生在d n a 碱基中具有最低氧化电势的乌瞟呤上。金 属配合物在一定条件下，如有光照射或还原剂存在时，进攻d n a 的碱基部位， 通过产生单线态氧分子配体自由基或光电子转移等，引起一系列消除反应，使 d n a 链发生断裂，如金属卟啉“”，配合物 r u ( b p y ) 。r + 等均可对d n a 碱基造成氧化 【8 】 ( 3 ) 水艇反应 水解使得磷酸二酯键断裂比氧化还原造成的裂解更有优越性，因为这样不破 坏碱基，可以保持遗传信息，也比较容易使裂解产物重新组台起来。金属离子和 配合物对促进磷酸二酯键水解麓够发挥的有效作用，在于它们具有l e w is 酸的功 能，可以使磷一氧键极化，有利于其断裂，也可以提供已配位的亲核配体给磷 形成五配位的磷酸酯中间产物。借助于c o ( ii1 ) 一乙二胺一磷酸酯等模型系统。“， 人们可以清楚地推断这种作用的机理。简单金属离子如z n ”，p b ”对r n a 水解的 促进作用也已为人们所了解“。 1 4 多吡啶配体 以2 2 一联吡啶( b p y ) 和邻菲咯啉( p h e n ) 为代表的多吡啶配体是具有大的平 面芳香结构的共轭体系，易于插入d n a 的碱基对平面之间，既是电子给体又是n 电子受体，有丰富的光谱性质。它能与多种金属离子形成稳定的配合物，是现代 配位化学中应用非常广泛的一类螯合配体1 。近年来，通过桥联配体来调控多核 配合物的性质以达到设计分子器件的研究也受到越来越广泛的重视1 ”。桥联配 体是能连接两个金属原子的配体它的大小形状，构象，电子特征都能对配合 物的性质产生重要影响。”。该类配体及其配合物已广泛用于分子催化、太阳能转 换、比色分析、除草剂、分子识别、自组装、抗肿瘤药物及核酸探针等领域“1 。 1 5 多吡啶车了酉e 合物 二十世纪八十年代初，b a r t o n 发现配合物z n ( p h e n ) ，”的不同异构体与d n a 作用时存在立体选择性，这一发现促进了金属配合物在结构研究中的应用，目前 已有许多八面体金属多吡啶配合物用于这类研究。”“。其中又以钉多毗啶配合物 为探针研究d n a 的结构变化最为热门”1 。下面就一些典型例子进行简单的归纳。 ( 1 ) r u ( p h e n ) ，+ 这是一个研究得最多也争论最多的金属多吡啶配合物。围绕这一配合物与 d n 是否存在部分插入作用这一点国际上众多的研究小组，展开了许多研究。 b a r t o n 。”等人曾用光谱法、流体力学、荧光光谱、光物理和一维n m r 等方法进 行了研究并认为r u ( p h e n ) 3 2 + 与d 的相互作用存在插入和静电结台2 种方式 但以插入结合为主。但n o r d e n “7 却通过线二色谱、圆二色谱( c d ) 和二维n m r 详细研究了a ，a - r u ( p h e n ) ，”与c t - d n a 的相互作用后，认为r u ( p h e n ) ，”与c t d n a 的相互作用只有一种模型，即非插入结合模式而且都是结合在d n a 的小沟里且 都优先结合在a t 碱基对处，只是这种趋势对一异构体要强于人一异构体。b a r t o n 和n o r d e n 提出的这种模式却都没能得到c h a ir e s 的认同。c h a ir e $ “1 等认为主 要是静电结合。 以上各研究小组不仅对r u ( p h e n ) 。2 + 与d n a 是否存在部分插入结合存在对立， 对于是否存在面式结合以及结合的位置( 大沟，小沟) 等问题也持有不同的观点。 ( 2 ) r u ( b p y ) ：( d p p z ) 】2 + 和 r u ( p h e n ) ：( d p p z ) 2 + 比起邻菲略啉二毗啶并吩嗪( d p p z ) 具有更大的芳香平面因而更有利于以 插入方式排在d n a 的碱基对之间，所以钉的d p p z 配合物与d n a 具有很强的亲和 能力。它们的发光性能与它们所处的环境及d n a 的序列和结构密切相关。因而这 类配合物是d n a 结构的很好的光谱探针，其中以 r u ( b p y ) ：d p p z 2 及 r u ( p h e n ) ：d p p z ”最具代表性。 r u ( b p y ) ：d p p z ”及其衍生物在有机溶剂中可产生 荧光，而在水溶液中却无荧光发射，由于配体与水存在氢键作用，从而猝灭了插 入配体的激发态。当加入b - d n a 时，其荧光强度能增强1 0 4 倍为已知d n a 插入 试剂乙锭( e t h i d i u m ) 的2 0 倍左右。这一特性使得该配合物具有d n a “分子光开 关”的功能5 。配合物与d n a 键台的荧光特征也用于阐明手性识别问题。 一 r u ( p h e n ) ：d p p z 2 + 和a 一 r u ( p h e n ) ：d p p z r 在与小牛胸腺d n a 键合时，前者键合 右手螺旋更深一点产生的激发态寿命也更长一些1 。 ( 3 ) a r u ( d 1 p ) 。“和r u ( t m p ) ，+ 左手螺旋的z - d n a 的大沟又浅又平，对于手性识别并不是一个好的模板，而 且z - d n a 结构较硬，碱基对重叠受限，不利于插入的进行。但实验结果表明人 一r u ( d i p ) 。”( d l p 为4 ，7 一二苯基邻菲略啉) 与z - d n a 结合时表现出较明显的立体 选择性。它不能与b - d n a 结合，但能与z - d n a 以插入方式强烈结合。这一特性证 明a r u ( d l p ) 。”可以作为z - d n a 的结构探针。配合物r u ( t m p ) 3 2 + ( 其中t m p 为 3 4 7 ，8 一四甲基邻菲咯啉) 的荧光研究表明，在b - d n a 存在时配合物荧光不发生 改变，但加入a d n a 则出现增强效应，这是因为四个甲基基团接在邻菲略啉上 使其不可能插入d n a 螺旋中，但同时疏水性增大增加了在小沟中面式结合的可能 性。b - d n ad , n 的宽度和深度与该配合物不匹配，而a - d n a 浅而宽的小沟表面则 能与r u ( t m p ) ，”很好匹配。这一现象表明r u ( t m p ) ，”可作为判断a d n a 存在与否 的光谱探针。”。 ( 4 ) 其它配合物 多毗啶钌配合物与d n a 的作用通常为非共价结合，其结合模式包括静电、插 入和沟结合。其中插入结合模式最引人注意，因现已发现某些抗癌药的抗癌作用 与插入结合有关，另外在d n a 介导的电子转移研究中插入结合也是一个必不可少 的因素。我们常把多吡啶钉配合物中具有大平面的那个配体称为插入配体一般 来说，插入配体芳香环面积越大，则配合物与d n a 的结合力也越大。配合物 r u ( b p y ) ：( i p ) 2 + 和 r u ( b p y ) ：( p i p ) 2 + ( 其中i p 和p i p 分别指咪唑并 4 。5 一f 】邻 菲咯啉和2 一苯基眯唑并 4 5 一f 邻菲咯啉) 与d n a 作用时都表现为插入结合模 式”1 。且插入能力为 r u ( b p y ) 。( 1 p ) r + r u ( b p y ) ：d p t a t p ” r u ( b p y ) ：d m t a t p 2 “”1 。实验研究表明尽管增加了插入 配体的空间位阻但并不影响它们与d n a 的键合模式的改变，上述三个配合物仍以 插入方式与o n a 作用。这些配合物在水溶液中都仅有弱的或无荧光，但当它们插 入到双链d n a 的双链中时，能产生强烈的荧光。可见这些配合物可作为d n a 的光 谱结构探针。 钉的多吡啶配合物的光谱性能对它所处环境的敏感性及与d n a 的结构和碱基 序列的密切相关性，使得它们不仅能作为d n a 的二级结构探针，还可用作d n a 的特殊结构位置及其定量分析的探针。而且由于这类配合物电荷高构型复杂 它们还有可能成为核酸中更复杂结构的探针。总之，这类配合物在d n a 的研究中 将发挥重要作用。 1 6 多吡啶铜配合物 平面四方形的c u ( i | ) 的多毗啶配台物，具有丰富的光谱性质“，氧化还原 性质“卅和良好的平面性。随着对这类配合物与d n a 作用本质认识的加深“， 这类配合物可作为核酸切割剂，结构探针和光谱探针”1 的应用日益受到人们 的关注。因此，近年来关于c u ( 1i ) 的多吡啶配合物与d n a 作用的研究逐渐活跃 起来”“。 ( 1 ) 核酸切割剂 j 4 核酸切割剂也称化学核酸酶，是指对核酸特定部位可进行选择性断裂的一类 化合物。如 c u ( p h e n ) ：r ，即可使d n a 链发生断裂，且断裂的部位在d n a 的小沟 “。围绕 c u ( p h e n ) ： 2 + 的还原产物 c u ( p h e n ) ： + 与d n a 的结合方式以及 c u ( p h e n ) ： 2 + 切割d n a 的反应机理，人们进行了许多研究”1 。 s i g m a n 等根据对纺锤菌素、e c o r | _ 等与 c u ( p h e n ) ：】+ 竞争结合寡聚核苷酸链 的结果，推测认为 c u ( p h e n ) ， + 结合于d n a 小沟处”1 。而w il ii a m s 等则通过 在d n a 片段中插入鼓泡碱基的方法研究后认为， c u ( p h e n ) ： + 与d n a 结合占主导 地位的作用方式是 c u ( p h e n ) ： + 插入d n a 双螺旋中而不是仅仅结合于d n a 小沟 的表面。 关于 c u ( p h e n ) ： ”切割d n a 的反应机理，人们已经发现反应体系中心须有 0 ：和还原剂存在“。s i g m a n 等通过同位素示踪等方法，推导出 c u ( p h e n ) ： + 断裂 d n a 链的一种可能机理”“：反应由 c u ( p h e n ) ：】+ 介导产生的活性氧引发，活性氧 再攻击d n a 的糖环，产生d n a 自由基，经过几个中间过渡态形成3 和5 终 端及自由的碱基。 一一 ( 2 ) 光谱探针 c u ( | i ) 多吡啶配合物的光谱性质主要表现在配体上。以邻菲咯啉和联吡啶为 代表的多吡啶配体，由于具有共轭的平面体系，既是电子给体又是电子受体， 具有丰富的光谱性质1 但与c u ( | | ) 的多吡啶配合物作为核酸酶的应用相比， 研究该类配合物与d n a 作用的光谱性质变化的则相对较少。 张荣丽等。”曾将d n a 简化为腺嘌呤及其衍生物6 一琉基嘌呤并研究了它们分 别与 c u ( p h e n ) ： 2 + 和 c u ( b p y ) ： z + 作用的光谱变化情况。也有人进行过将c u ( i | ) 的多吡啶配合物作为核酸的吸收光谱探针的研究“”。吴建中等曾研究桥联配体 5 ，6 一二酚的双核c u ( 1 | ) 配合物与d n a 作用的光谱变化情况1 。 这类研究均发现，c u ( | 1 ) 的多吡啶配合物与d n a 之间有相互作用有些还存 在插入结合。一些抗肿瘤药物分子就是通过插入d n a 令d n a 构象发生改变，使其 不能或不易复制，而显出抗肿瘤，抗病毒的活性的，因此，研究c u ( i1 ) 的多吡 啶配合物与o n a 的作用对核酸分子生物学和药理学的发展也必将产生深远的影 响。 】5 1 7 多核配合物的应用 随着对各种单核配合物与核酸作用本质认识的加深人们需要更充分的利用 配合物结构和性质容易调整的优势，开拓新的更广的研究课题；同时，人们发现 以磷酸脂为底物的多种天然金属酶，如d n a 聚合酶i 、p 1 核酸酶、磷酯酶c 、碱 性磷酸酯酶、催化性r n a ( 核酶，r i b o z y m e ) 等含有两个或更多个金属离子”。 经过研究者们多年的努力，已经发现不少过渡金属多吡啶配合物可以探测核酸的 一些一级、二级、三级结构；用作核酸的光裂解试剂和足迹试剂；作为非放射性 的发光或电化学发光标记物：帮助人们了解d n a 损伤和修复的机理；这类配合物 有希望成为对某些与基因突变有关疾病的化学治疗药剂。目前，金属配合物的应 用着重用于识别和断裂核酸等领域。 1 7 1 核酸切割剂( 化学核酸酶) 多吡啶配体的四配位铜，六配位钌等多种类型的单核配合物均可利用金属的 氧化还原活性，通过氧化和自由基等途径，进攻核酸的磷酸- - - i 酯键、核糖、碱基 等部位，使d n a 或r n a 发生断裂”1 。近年来，多核金属配合物应用作核酸切割剂 的研究在切割反应的条件、时间、效率、特异性等方面的优越性取得了引人注目 的进展1 。其中重要的推动原因是人们从结构上逐步认识到1 与核酸有关的多种 天然酶的活性部位含有两个或三个协同作用的金属离子。如z n ( i i ) m g ( i i ) m n ( i i ) ，n i ( 1 i ) f o ( i i ) 等1 。c u ”的邻菲略啉类配合物在巯基化台物( 将c u