（分析化学专业论文）生物药物分子与胶束相互作用的电化学及动力学性质研究.pdf

摘要 本文对孔雀石绿( m a l a c h i t eg r e e n ，m g ) ，槐定碱( s o p h o r i d i n e ，s r ) 和苦参碱( m a t r i n e ，m t ) 在胶束 体系中的电化学行为和动力学性质进行了研究。采用电化学法和紫外可见光谱学方法对n , n ( 2 羟基1 萘酚醛) 2 ，6 二亚胺吡啶c o ( i i ) ( c o ( b h n p ) 2 + ) 配合物与d n a 的相互作用进行了研究；同 时，用电化学法和荧光光谱法研究y1 3 环糊精( 1 3 - c d ) 与对乙酰氨基酚( p - a e e t a m i n o p h e l l ，p - a c o p ) 包合作用。其主要结论如下： 采用循环伏安法( c y c l i cv o l t a m m e t r y , c 研究了m g 、s r 和m t 在胶束介质中的电化学行为。 并与其在缓冲溶液中的电化学行为进行了比较。同时研究了在一定的扫描速度( v ) 范围内扫描速度 对m g 、s r 和m t 氧化峰电流，p 的影响以及介质p h 值对电化学氧化还原反应的影响。用计时库 仑法( c h r o n o c o u l o m e t r y ，c c ) ，计时电流法( c h r o n o a m p e r o m e t r y , c a ) 测定了m g 、s r 和m t 在有无 胶束存在时的d 、q 和臃，并进行了比较。另外还研究了盐溶液浓度对m g 、s r 和m t 与胶束相 互作用的影响，并给出合理的解释。 运用c v 法和紫外可见光谱法( u l t r a v i o l e t v i s i b l es p e c t r au v ) 研究了n ，n 一( 2 羟基1 萘酚醛) - 2 ，昏 二亚胺吡啶c o ( i i ) 配合物( c o ( b h n p ) 2 + ) 及其与d n a 相互作用。采用电化学方法得到 f c o ( b h n p ) 2 + 配合物与d n a 形成结合物的结合位点肌= o 9 6 6 l ，结合常数声= 3 0 5 1 0 4 l m o l 。进一步运用光谱法计算得出的值与电化学法所得结果基本相吻合。同时利用d n a 与 【c o ( b h n p ) 2 + 配合物作用形成结合物导致氧化峰电流，p 降低，且峰电流降低值与d n a 浓度呈线 性关系。以此提出一种简单、快速的d n a 电化学测定方法。并对模拟样品进行测定，得到了满 意的结果。 采用c v 研究了p - a c o p 与1 3 - c d 包合物的电化学行为。同时用电位法和电流法分别测定了包 合物的包合比为1 ：1 ，包合常数为1 6 7 x1 0 2l m o l 。采用c c 研究发现p - a c o p 以及其与p c d 形 成包合物的扩散系数d 之比等于发生l ：l 包合的包合物摩尔质量与自由客体p o a c o p 摩尔质量平 方根之比，此结果进一步证实了p - a c o p 与1 3 一c d 形成l ：1 的包合物。荧光光谱法( f s ) 作为包合物 表征方法之一也为电化学测试结果提供了佐证。 关键词：胶柬，生物药物小分子，电化学，p 环糊精，d n a ，相互作用 v a b s t r a c t t h ee l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o r s ，k i n e t i cp a r a m e t e r so fm a l a c h i t eg r e e n ( m g ) ，s o p h o f i d i n e ( s r ) ，a n d m a t r i n e( m t )i nm i c e l l a r s y s t e m w e r es t u d i e d a n dt h ei n t e r a c t i o no f n ， n - b i s ( 2 - h y d r o x y - l - n a p h t h a l d e h y d e ) 一2 ，6 - p y r i d y e n e d i i m i n ec o m p l e xa n dd n ab ye l e c t r o c h e m i s t r ya n d u v - “ss p e c t r am e a s u r e m e n t s 。a l s ot h ei n c l u s i o nc o m p l e xo fp - a c e t a m i n o p h e n ( p - a c o p ) w i t h 1 3 - c y c l o d e x t r i n ( p c d ) h a sb e e ns t u d i e db yc y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) a n df l u o r e s c e n c es p e c t r ai nt h i s p a p e r t h ec o n t e n t so ft h i sw o r ka r el i s t e d 勰b e l o w o t h ee l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o r so fm gs ra n dm ti nt h ep r e s e n c eo fm i c e l l a rs o l u t i o nh a v eb e e n s t u d i e db yc y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) ，a n dc o m p a r e dw i t ht h a ti nb u f f e rs o l u t i o n a l s ot h ei n f l u e n c e so f s c a nr a t eo nt h ep e a kc u r r e n t 佴) i nc e r t a i ns c a nr a t er a n g e ，a n ds o l u t i o np ho nt h eo x i d a t i o np e a k c u r r e n t 晦) a n dp e a kp o t e n t i a l ( e p ) f o rm gi nc e r t a i np hr a n g ew e r es t u d i e d 1 1 1 ee l e c t r o c h e m i c a l k i n e t i cp a r a m e t e r s ( d i f f u s i o nc o e f f i c i e n td ，e l e c t r o nt r a n s f e rc o e f f i c i e n t 伍，a n de l e c t r o d er e a c t i o nr a t e c o n s t a n tb ) o fm g 、s ra n dm ti nt h ep r e s e n c ea n dt h ea b s e n c eo fc a t i o n i cs u r f a c t a n t sw e l ed e t e r m i n e d b yc ca n dc a m e a n w h i l et h ei n f l u e n c e so fb e t w e e np h a r m a c e u t i c a lm o l e c u l e sa n dm i c e l l a rs o l u t i o n o nt h ec o n c e n t r a t i o no fb u f f e rs o l u t i o nw e r es t u d i e d ，a n di t h a s 百v e i lt h er e a s o n a b l e e x p l a n a t i o n s o t h ei n t e r a c t i o no fn ，n - b i s ( 2 一h y d r o x y - 1 - n a p h t h a l d e h y d e ) - 2 ，6 - p y r i d y e n e d i i m i n ea n dd n ah a sb e e n s t u d i e db yc va n dt h eu l t r a v i o l e t - v i s i b l es p e c t r a ( u v ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a t s h i f t e dp o s i t i v e l y , 岛 d e c r e a s e d ，t h ew a v e l e n g t ho fa b s o r p t i o ns h i f t e dp o s i t i v e l ya n dt h ea b s o r p t i o nv a l u er e d u c e d ，w h i c h f o u n dt h a t s t r o n gi n t e r c a l a t i o n w a se x i s t e db e t w e e nc o m p l e xa n dd n a 1 1 圮c a l c u l a t i o nv i a e l e c t r o c h e m i c a lm e t h o ds h o w st h a tt h ec o m p l e xr a t i oa n dc o m p l e xs t a b i l i t yc o n s t a n to ft h ec o m p l e x w i t hd n aa r e0 9 6 6 ( a b o u t l ) a n d3 0 5 x1 04l r e e l - 1 ，r e s p e c t i v e l y n ee x p e r i m e n t so fs p e c t r o s c o p i c t i t r a t i o nw e r es i m i l a rt ot h er e s u l tf r o me l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d 。o x i d a t i o np e a kc u r r e n to fc o m p l e x d e c r e a s e dw i t ht h ea d d i t i o no fd n a t h ed e c r e a s i n gi n p e a kc u r r e n tw a sp r o p o r t i o n a l t ot h e c o n c e n t r a t i o no fd n a 1 1 1 i sm e t h o dc a nb eu s e di nd n ad e t e r m i n a t i o na n dt h er e s u l t sa r es a t i s f i e d o t h ei n c l u s i o nc o m p l e xo fp - a c o pw i t h1 3 - c dh a sb e e ns t u d i e db yc v i tw a ss h o w e dt h a tp _ a c o p c a nf o r ma1 ：1i n c l u s i o nc o m p l e xw i t h1 3 - c d ，a n di n c l u s i o nc o n s t a n ti s1 6 7 x 1 0 2 l m o l 1b yp o t e n t i a l a n dc u r r e n tm e t h o d s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h er a t i oo ft h ed i f f u s i o nc o e f f i c i e n t so ft h ei n c l u s i o n c o m p l e x e s 州t l lp - c dt ot h a to ft h ef r e eg u e s ti - a c o pi se q u a lt ot h es q u a r er o o to ft h er a t i oo ft h e m o l e c u l a rw e i g h t so fp - a c o pa n dp - a c o p 一9 一c db yc c ，a n da l s oc o n f i r m e dt h a tt h es t o i c h i o m e t r i c n u m b e ro fp a c o pa n d1 3 - c di sl ：1 f l u o r e s c e n c es p e c t r ah a v eg i v e nt h ee v i d e n c ef o rt h e e l e c t r o c h e m i c a le x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h ei n c l u s i o nc o m p l e x e s k e y w o r d s ：m i c e l l e s ，b i o p h a r m a c e u t i c a lm o l e c u l e s ，e l e c t r o c h e m i s t r y , d n a ，i n t e r a c t i o n v i 插图和附表清单 图1 1 胶束的形状2 图1 2 表面活性剂的浓度及其状态2 图1 3 表面活性剂在溶液中形成液晶的示意图3 图l _ 4 表面活性剂的发泡作用示意图4 图1 5 表面活性剂的去污过程示意图4 图i - 6d n a 的一级结构示意图6 图1 7d n a 的二级结构示意图6 图1 8 环糊精的结构式1 l 图2 1m g 在不同浓度c p b 中的循环伏安图1 7 图2 2m g 的厶和扫描速度平方根的关系曲线1 7 图2 - 3m g 的厶和e p 与p h 值的关系曲线1 8 图2 _ 4m g 的t a f e l 图1 9 图2 5 不同浓度的p b s 中m g 中氧化峰电流与胶束浓度的关系2 0 图2 - 6 不同浓度的p b s 中m g 中氧化峰电势与胶束浓度的关系2 0 图2 7 厶与m g 浓度的关系曲线2 l 图3 1s r 在有无胶束存在下的循环伏安图2 4 图3 2m t 在有无胶束存在下的循环伏安图2 4 图3 - 3s r 的氧化峰电势和氧化峰电流与c t a b 胶柬浓度的关系图2 5 图3 _ 4m t 的氧化峰电势和氧化峰电流与c t a b 胶柬浓度的关系图2 6 图3 5s r 的氧化峰电势和氧化峰电流与胶束浓度的关系图2 7 图3 - 6m t 的氧化峰电势和氧化峰电流与胶束浓度的关系图2 7 图4 1 配合物的结构式3 l 图4 2 配合物在有无d n a 存在是的循环伏安图3 2 图4 3 非变性与变性d n a 对配合物氧化峰电流的关系曲线3 3 图4 4 配合物在有无d n a 存在时的紫外吸收光谱图3 4 图4 5 氧化峰电流与配合物浓度的关系曲线3 4 图4 - 6l g 【i ( i 。嗽- d 】与l g c o ( b h n p ) 2 + 】的关系图3 5 图4 7 吸光度值与c d n a c t c o ( b h n p ) 2 + 的关系曲线3 6 图4 8 配合物在有无d n a 存在时的微分脉冲伏安图3 7 图4 9 配合物氧化峰电流降低值与d n a 加入量之间的关系图3 8 图5 1p - a c o p 在有无d c d 时的循环伏安曲线4 l 图5 - 2 扫描速度对缸v 堀和的影响4 2 图5 _ 3 e 碑与l n c 4 c o 的关系曲线4 3 图5 4 1 2 阳与( 1 2 p 玲a c o p ) 一1 2 p a ) 椰七d 的关系曲线4 3 图5 5p - a c o p 在有无1 3 - c d 时的荧光光谱图4 4 图5 61 a f f 对1 c 眦d 的关系图4 5 v l i 表3 - 1s r 和m t 在不同体系中的电化学动力学参数2 9 表4 1 样品测定结果3 8 v i i i 主要符号表 q 电子转移系数 bt a f e l 斜率 c 浓度 d 扩散系数 e p a 氧化峰电位 如氧化峰电流 如还原峰电位 如还原峰电流 f 法拉第常数 彳电极面积 g c e 玻碳电极 薪速率常数 m 物质的量浓度 刀电子转移数 r s d 相对标准偏差 s c e 饱和甘汞电极 t 热力学温度 ，扫描速度 电化学测试技术 c v ( c y c l i cv o l t a m m e t r y ) 循环伏安法 c a ( c h r o n o a m p e r o m e t r y ) 计时电流法 c c ( c h r o n o c o u l o m e t r y ) 计时电量法 d p v ( d i f f e r e a t i a lp u l s ev o l t a m m e t r y ) 微分脉冲伏安法 光谱测试技术 u v ( u l t r a v i o l e t v i s i b l es p e c t r a ) 紫外可见吸收光谱法 f s ( f l u o r e s c e n c es p e c 仃；a ) 荧光光谱法 i x 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 - 一rt - ， 研究生签名： 立椒时间：力哆年j - 月m e t 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位 论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：王末趾 时间：歹咐年，月夕日 翩躲新下乡 帆咖湃j 咱 宁夏人学硕f 学付论文第章绪论 第一章绪论 生物药物小分子在生命过程中扮演着十分重要的角色。生物体内的许多过程以及生物药物 小分子在体内的代谢过程都伴随着电荷传递，其实质是发生的氧化还原反应。但该类反应通常并 非直接发生，而是通过酶催化的电子传递反应及许多其他过程来实现的。由于生物药物小分子和 电极之间的电子传递过程更接近生物氧化还原系统的原始模型，使其在生命科学、材料科学、药 物合成以及环境科学方面等诸多方面得到广泛应用，从而引起国内外化学家和生物化学家的广泛 关注。 1 1 表面活性剂 表面活性剂是一种两亲( a m p h i p h i l i c ) 分子，同时具有疏水基( h y d r o p h o b i cg r o u p ) 和亲水基 ( h y d r o p h i l i cg r o u p ) i 酷盼【l 】。其疏水部分一般由碳氢原子团( 烃基) ，特别是由长链碳氢基构成； 亲水部分原子团则种类繁多。表面活性剂常分为离子型和非离子型两大类。其中离子型表面活性 剂又可以分为阳离子型、阴离子型和两性离子型表面活性剂【2 4 】。 表面活性剂的性质与亲水基有很大关系。其非极性、亲油的碳氢链与极性、亲水基团两部分 呈不对称结构。因此，表面活性剂分子具有既亲油又亲水的两性性质。这种独特的性质，使其广 泛应用于洗涤、纺织、医药、食品、农药等各个领域【5 1 。 1 1 1 表面活性剂有序组合体 在一定条件下，表面活性剂分子可自发形成分子有序组合体，其中胶束、反胶束、微乳液、 溶致液晶和泡囊等是常见的分子有序组合体【9 _ 1 。这些分子有序组合体的共性是稳定、透明和非 光学活性体系。近十多年的研究工作已使这些分子有序组合体显示出令人鼓舞的应用前景。总之， 这些体系在生命科学以及材料科学等方面，起着越来越重要的作用，也越来越受到人们的青睐。 1 胶柬与反胶柬 胶束( m i e e l l e ) 是由几十个甚至几百个表面活性剂分子组成，亲水基团指向胶束外面与水分子 接触，而憎水基团被围绕在胶束中与水分子没有接触，这样胶束呈亲水性可稳定存在于水溶液中， 胶束的形状可以是球状，棒状或层状( 如图1 1 ) 。胶束的基本结构分为两大部分：内核和外层【1 2 】。 表面活性剂在非水溶液中也会形成聚集体，此时亲水基构成内核，疏水基构成外层，称为反 胶束( r e y e r s e m i c e l l e ) 。不论表面活性剂属于何种类型，都由极性不同的两部分组成。一部分是由 疏水亲油的碳氢链组成非极性基团，另一部分为亲水疏油的极性基团。这两部分分别处于表面活 性剂分子的两端形成不对称的分子结构。因此表面活性剂分子是一种既亲油又亲水的两亲分子。 它不仅能防止油水相排斥，而且具有把两相连结起来的功能。 表面活性剂在水中由单体或预胶束向胶束转变时的浓度称为临界胶束浓度( c r i t i c a lm i c e l l e c o n c e n t r a t i o n ，简称c m c ) ，它是一段较窄的浓度范围。在该段范围内，表面活性剂溶液的各种物 理化学性质均发生突变 1 3 , 1 4 1 。当表面活性剂浓度为临界胶束浓度时，吸附已达到饱和状态，再增 加活性剂浓度，只能增加溶液中胶柬个数或胶束中的分子数，而不能增加表面层被吸附的表面活 性剂分子数。而胶束是亲水的，不能使表面张力进一步降低，所以表面张力基本不变化。表面活 性剂浓度及其排列如瞄1 - 2 。 。嚣 d e b v e 的腊肠式艘团 s 。s 5 。；。施 f i 9 1 - 1s o f t y pc a ls u n a c t m t s z 微乳藏 微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、油、水或盐水等组分在合适配比下自发形成的，具 有热力学稳定性、均匀透明、备向同性、低黏度的分散体系吣旧。微乳液在结构上主耍可分为3 种：水包油型( o ，w ) 、油包农型州向) 和取连续( b i ) 结构m ”l 。微乳液在纳米材科、日用化工，石 油开采、化学催化、生物医药、有机电化学合成等领域有者广泛而重要的应用。如利j j 其具有均 匀、热力学稳定、使用方便菩优点制蔷微乳液型药剂口吣1 】等。微乳液的另一个显著作用就是在乳 液聚合中的应用口”。 圈i z 表面活性剂的浓度理萁状态 f i l l - 2 t h c _ 仃a e i a n de 帅id r m 聘o f s 忆b n f 3 蠕虫捩膨隶 表面活性剂分子在溶液中有多种缔合方式增加表面活性剂或电解质浓度，可使表面话性剂 胶柬的形状由球状胶柬转变为棒状胶囊。近年来，研究发现表面话性剂体系还可以形成蠕虫状胶 束。蠕虫状胶柬通常指具有一定几何形状的表面活性剂分子在某些困素的作用下形成一维聚集 ?：霎杖腓棘圈 宁夏人学硕f ：学位论文第一章绪论 体，呈一维线状，其摩尔质量可达1 0 6 9 m o l 1 ，长度几十纳米甚至更长【2 3 l 。还有些特殊的蠕虫状 胶束，在一维线状主体外还有很多象绒毛一样的细小分支，这种蠕虫状胶束也被很形象地n u 做多 毛蠕虫状胶束1 2 引。阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂都可以形成蠕虫状 胶束。 由于蠕虫状胶束是长而且有柔性的链，可以相互缠绕形成网状结构，所以通常剪切粘度会发 生突然增大，增大程度比球状胶束转变成捧状胶束明显得多，这样通过体系剪切粘度突变可找到 蠕虫状胶束的形成条件。由于蠕虫状胶束具有高表面活性、高粘度和高剪切等特性，具有广阔的 应用前景，因而引起人们越来越多的关注。在油气开采方面，由于蠕虫状胶束的高表面活性和高 粘度，既能提高界面活性又能提高驱油的波及系数，可做良好的压裂剂、酸化剂和应用于三次采 油驱油体系瞄】以提高原油采收率。在农药及日用化学品配方中，利用其高活性和高剪切特点，可 应用于防止雾化操作。在研究蠕虫状胶束时应用了很多实验方法。如荧光探针小角中子散射【2 6 1 ， 1 hn m r 【2 刀等等。但最常用的研究办法是粘度法【2 8 1 和冷冻蚀刻透射电镜澍2 6 1 。 4 溶致液晶 露、谤母磷、勺篱辫，甜 图l - 3 表面活性剂在溶液中形成液晶的示意图( a - 层状相，b - 六角相，o 立方相) f i g 1 - 3t h ef o r m i n gl i q u i d - c r y s t a li ns o l u t i o nf o rs u r f a c t a n t ( a - s a m d w i c h ；b - h e x a n g u l a r , c - c u b i c ) 液晶( 也称为中介相) 通常指表面活性剂的有序状态介于各向同性液体和普通晶体之间，具有 结构上短程无序性和长程有序性。液晶可分为热致( t h e r m o t r o p i c ) 液晶和溶致( l y o t r o p i c ) 液晶：前 者一般只在一定温度范围内的纯物质中存在，在混合物中也可能出现；而后者则是指在一定温度 和浓度范围内，由化合物和溶剂组成。液晶相是由物质浓度变化引起的，其中以表面活性剂和水 ( 有时还包括一些有机物和盐) 混合形成的液晶最为常见【2 9 1 。在表面活性剂溶液中，随溶液浓度增 大，溶致液晶依次会出现六角状、立方状和层状液晶，三种液晶如图1 3 所示。表面活性剂溶质 液晶正逐渐展现出其潜在的应用前景，并日益受到人们的重视。现在人们研究的新热点主要集中 在新型表面活性剂液晶开发与研究其在生物、矿化、纳米材料和中孔材料的制备3 2 1 等方面的应 用。 1 1 2 表面活性剂的实际应用 1 润湿作用 表面活性剂可降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。例如，农药润 湿带蜡的植物表面，在农药中加表面活性剂3 粥。如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面 活性剂，使接触角大于9 0 。 2 起泡作用 3 十夏大学碗l 学位论文第一章鳍论 泡沫是一种气液相完全混合的多孔膜状多分散体系，其中液相是连续相，气相是非连续相 。 表面活性刺能降低溶液的表面张力使整个体系表面能降低。从热力学角度讲，有利于泡沫产生， 所蛆表面活性荆常用作起泡剂。对表面活性剖与起泡性能关系，研究认为d ”随表面活性剂浓度的 增加，产生泡沫量增大。泡沫在实际生产中有 r 多应用，比如在石油工业中、钻井”“、气井排液 埘、泡诛驱油i ”9 l 等作业中的应用。表砥活性剂的发泡作用示意图如图1 4 。也有时耍使用消泡 剂，住制耱、制中药过程中泡沫太多，要加 适当的表面活性剂降低薄膜强度，消除气泡，防止 事故。 田1 4 表面活性帮的发泡怍用示意田 f 嘻1 4 t h e u s l n g f o a m f o r “由d 删 釜彗建堑 冀，娩蝴 闰1 4 表面活性剂去* 过程示意圄 f i g 1 t h e d 1 n a m a m m f o r s u d b n a n t 3 洗涤作用 洗涤剂中通常要加 多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，叉要有起泡、增白、占 顿清洁表面不被再次污染等功能，其甲占主耍成分的表面活性荆击污过程可用图1 - 5 说明：a 水 的表面张力大对油污润湿性能差，不容易把油污洗掉：b 加八表面活性剂后，惜水基团朝向织 物表酝井吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面：c 污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被击除，洁 净表面被活性剂分子占领。 4 增溶作用 非极性有机物( 如苯) 在水中溶解度很小，加 油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大 大增加称为增溶作用。增溶作用与普通的溶解概念不同，增溶的萃井不是均匀分散在水中，而 是分散在油酸根分子形成的胶束中。经x 射线衔射证实增溶厉各种胶束都有不同程度的增大 而整个溶液的依数性变化不人。 5 表面活性剂与药物相互作用 表面活性剂分子有序组合体的增溶、润湿、乳化、分散等性质在药学中起很大的作用，它可 以转变药物剂型、提供不同给药方式、提高药物的贮存稳定性、增加药物增i 弃量、提高药物的生 物利用度等。表面活性剂分子有序组合体的增溶作用既能提高药物分子的稳定性保证药物分子 不失去其具有的生物话性，x 能降低药物的副作用。h 前，天然的卵磷脂，甘油酷和聚氧乙烯脂 醇醚非离子表面活性剂是载药表厦活性剂缔台结构的主要选择【州“。此外，绿色表面活性剂和具 有较低溶血性的氟表面活性剂在药物载体领域的应用也是一个日益受到关注的课题 4 2 0 。而研究 最活跃的体系是大分子表面活性剂嵌段共累物，与其他表面活性剂相比它们的各种缔台结构 的载药量更大井且可以调控，生物兼容性更好可承载的药物的类型更为广泛# q 。另外表面 宁夏人学硕 ：学位论文 镐一帝绪论 活性剂的乳化作用在药物乳剂、膏剂和栓剂中都有很大的应用【拍】；表面活性剂的分散作用成为合 成药物抗凝剂和包裹剂的主要原理。在制药工业中，表面活性剂作为药物制剂辅料能改变药物的 剂型，如运用微乳化技术，将药物包裹在微小颗粒中制成液体状的制剂，通过注射或者内服，使 药物进入人体；微乳液的高稳定性可以使被包裹的药物保质期延长，长期放置而不发生破乳、聚 结或者分层，并且易于扩散和吸收，同时由于其粒度小，还可以大大降低病人的不良反应。在电 化学的研究中，表面活性剂独特的结构使其很容易在电极溶液界面发生吸附，形成一层定向排列 的薄膜，从而影响物质的扩散传质过程和电化学过程。因此，表面活性剂在电化学和电分析化学 中的应用比较广泛。近年来，表面活性剂在有机生物及药物分析中的研究和应用越来越活跃。 1 2 药物分子与d n a 的相互作用 人类在认识自然、改造自然的社会实践中创立了各门自然科学。如今生命科学已成为最活跃 的研究领域之一。脱氧核糖核酸( d n a ) 是生物体遗传信息的载体，对d n a 的研究是生命科学研 究中一个极其重要的方面f 4 丌。 分子生物学和分子药理学的发展使人们能够从基因水平理解某些生命现象，并且通过分子设 计来寻找灵敏的核酸探针和有效的治疗药物。小分子物质，特别是一些药物分子与d n a 的作用， 影响了d n a 的生理和物理化学性质，会改变d n a 的转译和复制。一方面，d n a 靶向化合物成 为很重要的核酸探针选择对象。另一方面，很多抗癌药物都以d n a 为作用靶点，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功能，表现出抗癌活性。还有一些致 癌物能与d n a 形成结合物，这种d n a 结合物也是可能癌变的预警标志物。所以小分子物质与 d n a 的相互作用研究不仅有利于探索和开发新的核酸探针，而且还有助于从分子水平上了解抗 癌药物的作用机理，阐明有毒物的致癌、致畸分子生物学机理，为设计临床上更有效的抗癌药物 提供理论指导。 1 2 1d n a 的结构及其在电化学研究领域的应用 1 核酸的结构 1 9 5 3 年美国生物学家w a s t o n 和英国生物化学家c r i c k 首次揭示了d n a 的双螺旋结构，从而 揭开了分子生物学研究的序幕，为人类从分子水平上对遗传现象和疾病的研究奠定了基础。核酸 的结构单元是核苷酸( n u d c o t i d e ) ，它由核苷( 包括碱基和戊糖) 和磷酸组成，按照戊糖的不同核酸 分为两类：核糖核酸( r n a ) 和脱氧核糖核酸( d n a ) 。d n a 的碱基是腺嘌吟( a d e n i n e ，a ) 、鸟嘌吟 ( g u a n i n e ，g ) 、胞嘧啶( c y t o s i n e ，c ) 和胸腺嘧啶( t h y m i n e ，t ) 等四种。常用的小牛胸腺d n a 中四种 碱基对的相对含量( ) ：a 2 8 2 ；g2 1 5 ；c ，2 2 5 ；t ，2 7 8 。 脱氧核苷酸之间由磷酸二酯键连接形成单链，构成d n a 的一级结构( 如图1 6 ) 。两条单链之 间的碱基由氢键连接起来，能够形成特定的碱基配对：a - t 和g c 。氢键作用力、范得华力以及p 电子堆积作用使得d n a 的两条单链相互盘旋，构成d n a 的双螺旋二级结构。其结构特点是两条 多核苷酸链以相同的旋转方向围绕同一螺旋轴旋绕而形成右手双螺旋( 图1 - 7 ) 。每十个碱基对旋 绕一圈形成一个螺旋结构，螺距3 4 1 i - t a ，螺旋直径2 0 a 。沿螺旋方向看，在双螺旋表面有两个凹 下去的沟槽。其中，一个稍宽，而另个相对较窄。沟槽的结构使得构成d n a 的碱基暴露在外 5 宁夏人学硕f + 学伊论文第一章绪论 面，这种结构特点使得利用分子探针与碱基的相互作用来研究d n a 成为可能。d n a 分子结构的 柔性使得d n a 双螺旋结构具有不同的构象，分为右手双螺旋型( a 、b 、c 、d 型) 和左手螺旋型( z 型) ，通常d n a 分子采取的是b 型。d n a 双螺旋结构的进一步扭曲、折叠就构成了三级结构。 2 d n a 的电化学研究 生命现象与电化学过程密切相关，因此电化学方法在生命科学中得到了广泛应用，主要有 图1 - 6d n a 的一级结构示意图图1 - 7d n a 的二级结构示意图 f i g 1 - 6t h e f i r s t - c l a s ss t r u c t u r eo f d n a f i g 1 7t h es e c o n d - c l a s ss t r u c t u r eo f d n a 电脉冲基因直接导入、电场加速作物生长、癌症的电化学疗法、电化学控制药物释放、在体研究 的电化学方法、生物分子的电化学行为等。d n a 电化学研究不仅在d n a 结构形态、碱基序列、 d n a 损伤、基冈诊断等方面具有重要意义，而且还可以为d n a 与其它物质的相互作用机理研究 以及在临床诊断上提供依据。d n a 分子的电活性主要是由d n a 碱基引起的，早期d n a 电化学 研究主要利用极谱法和伏安法。极谱法是区分双链d n a ( d s d n a ) 和单链d n a ( s s d n a ) 的一种简便 且行之有效的方法【4 1 1 。 随着研究的深入，其它电分析方法如电位法、阻抗法、电化学发光法( e c l ) 等也被广泛使用 t 5 2 - 5 5 1 。其中电化学发光主要应用于d n a 发光传感裂5 5 1 ，且大部分需要标记。电化学方法还可探 测d n a 在电极表面的形态、d n a 的多链结构、d n a 双螺旋在电极表面的部分开链、d n a 构型 由b 型向z 型的转变以及检测t 5 6 1 。 1 2 2d n a 与物质相互作用研究概述 1d n a 与简单金属离子的相互作用 游离的金属离子可以直接与d n a 发生作用，特别是一些过渡金属离子，它们能与d n a 结合， 使某些d n a 结构发生改型5 3 】。电解实验研究结果表明，金属离子与d n a 分子中磷酸基团作用 可能是特异性或者非特异性。单价金属阳离子易于通过分散的“离子云”与d n a 结合，从而形 成非特异性稳定的核酸二级和三级结构，单价阳离子与d n a 分子小沟内的a j 区结合会导致d n a 弯曲，并使小沟变得更狭窄；二价金属离子常对核酸产生特异作用，使d n a 弯曲或使r n a 分子 折叠，还可以作为核酸酶的辅因子等，它们通过与核酸碱基或磷酸酯键上的氧结合形成外表面或 内表面连接方式，降低相邻带负电磷酸基团问的静电排斥，使得d n a 双螺旋结构更加稳定，例 6 宁夏人学硕i + 学位论文第一章绪论 如宏量金属离子c a 2 + ，m 9 2 + 与d n a 磷酸基团负电荷部位结合，从而稳定核酸构象，而c u 2 + ， m n 2 + ，z n 2 + ，n i 2 + ，c 0 2 + 等离子可进入核酸碱基对之间，影响核酸的稳定性，酶切实验表明，随 着c u 2 + 与d n a 作用的加强，d n a 的构象由b 型转变为c 型，结合发生在d n a 的g c 区，与 d g l x l ( 3 5 ) 序列的g c 对形成链间交联吲。 2d n a 与小分子物质的相互作用 小分子物质，尤其是一些药物分子，与d n a 的作用影响d n a 的生理和物理化学性质，会改 变d n a 转译和复制，还在识别d n a 碱基序列方面也有体现。选择能特异性嵌入d n a 碱基对且 具有电活性的小分子，可作为电极表面d n a 分子杂交与否的探针，这也是d n a 传感器研究的一 个方面。 3d n a 与抗癌药物的相互作用 肿瘤组织是细胞分裂的最活跃部位之一。其d n a 含量相对较高。而d n a 是体内抗癌药物作 用的主要靶标。药物与d n a 发生作用都能不同程度影响d n a 的复制及合成性质，从而抑致癌细 胞的恶化生长，在体外d n a 发生作用的药物都能一定程度上在体内与d n a 发生作用【5 引。因此， 在体外对药物作用进行研究，从中获得更方便的检测方法。在初步筛选方法中是一个有相当发展 前途的方法。近年来关于这方面的报道也日渐增多。 金属离子配合物，尤其是过渡金属离子配合物构成了d n a 靶向化合物的一大类，可望设计 成人工核酸酶，以实现对d n a 链上某些位点的特异性剪切，并合成出性能良好的抗肿瘤药物或 抗病毒剂。顺铂配合物因为其抗癌活性引起人们很大的兴趣【5 9 】。由于具有毒性低，抗癌谱广的特 点，具有八面体结构的过渡金属配合物，尤其是r u , r h ，c o ，t i 配合物与d n a 相互作用的研 究也一直受到人们的重视 6 0 , 6 1 】。许多r u 、o s 和c o 配合物具有独特的发光性能，使其成为研究 d n a 性质的一种有效的光物理和光化学探针 6 2 - “i 。 d n a 靶向抗生素包括多肽及蛋白质类抗生素如阿霉素、道诺霉素、烯二炔抗生素和乙撑亚 胺型抗生素等【6 5 , 6 6 1 。遗传基因的表达是受调控的，基因表达的调控有两条途径：第一条途径是转 录水平的调控：第二条途径是翻译水平的调控。目前研究认为，调控主要发生在转录阶段，并通 过某些特定的蛋白质与d n a 相结合，即基因表达调控的基本方式是靠调控蛋白与基因调控序列 的特异结合。d n a 结合蛋f l ( d b p ) 与d n a 的结合与否以及相互作用调控基因是否转录。基因表 达的研究便是后基因时代生物学的研究热点之一。因此，d n a 结合一d n a 的相互作用研究对于基 因调控机理的阐明以及一系列后基因时代与人类自身生命密切相关的热点问题的解决具有重要 意义。此外，烷化剂( 包括氨芥类、亚硝脲类、甲基磺胺酯类及乙烯亚胺) 和抗代谢物可与d n a 结合，从而也能达到致癌的作用。 1 2 3d n a 的相互作用方式 d n a 与其靶向分子结合区位于核酸的碱基、磷酸骨架及戊糖环部分。核酸由平行堆积的碱 基、聚合的阴离子磷酸骨架以及两条核昔酸链可形成大沟、小沟组成小分子识别位点。一般来说 作用方式主要有三种：非共价结合、共价结合和剪切作用。核酸与分子作用还涉及到长距离组装 ( l o n g - r a n g ea s s e m b l e s ) m ，带有正电荷分子对核酸的凝聚作用等【删。影响靶向分子与d n a 相互 作用的因素很多，靶向分子的结构不同，整个分子与核酸的结合方式也不相同。 7 宁夏人学硕f 学位论文第一章绪