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硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 中文摘要 d n a 是生物体遗传信息的载体，具有存储和传递信息的功能。对d n a 的研 究是生命科学研究中一个极其重要的方面。d n a 是大多数抗癌，抗病毒试剂在 体内的主要靶向分子。而所有细胞和病毒中都含有d n a 。d n a 在生物遗传中具 有特殊功能，能否行使正常的遗传功能依赖与其他分子的物理，化学相互作用。 小分子物质，特别是一些药物分子，与d n a 的作用，影响到d n a 的生理和 物理化学性质，改变了d n a 的转译和复制。因此，研究小分子物质与d n a 的相 互作用有助于人们对d n a 与蛋白质相互作用方式的了解，并且对一些致癌化合 物的致癌机理，抗癌药物的药理和毒性，以及新型药物的设计合成方面都有很大 的意义。在医药研究中，d n a 与靶向分子相互作用的研究不仅对阐述一些抗肿 瘤、抗病毒药物及致癌物的作用机理，而且对进一步指导人工核酸的合成及d n a 高级结构的研究具有重要意义。 目前有很多方法应用于实验室研究d n a 与其他物质的相互作用，比如：凝 胶电泳分析，核磁共振，d n a 足印分析，荧光分析，紫外可见光谱分析以及黏 度分析等。 基于上述事实和观点，本文中首先对近年来人们关于具有生物活性的物质和 d n a 相互作用的研究进行了概述和总结，然后研究了生物类卟啉及其配合物与 d n a 相互作用的机理，亚甲基兰与d n a 的相互作用，亚甲基兰聚合玻碳电极的 电化学性质。具体叙述如下： 第一部分：综述 本部分主要综述了d n a 与生物活性分子的研究进展，包括：d n a 的基本组 成，d n a 与其他物质的相互作用以及d n a 与其它物质作用的研究方法，确立了 课题的立论依据，阐述了生物活性分子与d n a 相互作用在药物筛选和生物分子 化学中的重要理论和实际意义。在研究中我们主要采用光谱法和电化学的方法研 究了卟啉及其配合物、亚甲基兰与d n a 的相互作用。 第二部分：卟啉的合成及表征 本部分首次合成了一种新型的水溶性卟啉，5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 - 1 t 4 ( 3 - 丙氧基 研究生：吴海霞专业：分析化学 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 吡啶溴化盐) 苯基】卟啉( t p p b r ) 及其镍( t p p b r ( n j ) ) ，锌配合物( t p p b r ( z n ) ) 。 并对所合成的卟啉化合物用紫外可见光谱，红外光谱，核磁共振氢谱进行了表征， 确认了其结构和主要的官能团。 第三部分：卟啉与d n a 的相互作用 这一部分我们用合成的新型水溶性卟啉5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 - 四4 ( 3 - 丙氧基吡啶 溴化盐) 苯基1 卟啉( t p p b r ) 及其镍( t p p b r ( n i ) ) ，锌配合物t p p b r ( z n ) ，利用 紫外可见光谱，荧光光谱，圆二色谱，黏度实验研究了它们与小牛胸腺d n a ( c t d t q a ) 的相互作用，首次计算得到了t p p b r ，t p p b r ( n i ) ，t p p b r ( z n ) 与d n a 作用 的表观键合常数为4 6 5 x l o s m ，3 2 x 1 0 5 m ，2 6 4 x i o s m 。进而证明了t p p b r ， t p p b r ( n i ) ，t p p b r ( z n ) 与c t d n a 作用为外部自堆积和静电结合的混合模式，但 它们沿d n a 双链自堆积作用的方向有所不同，并且在粘度实验后，溶液经放置 后出现有颜色的沉淀，这是因为卧啉中的n + 与d n a 磷酸骨架上的o - 强烈作用而 生成一定量的疏水配合物。此研究填补了与d n a 作用的卟啉( 未见有烷基连于 吡啶1 位的卟啉) 的空白。 第四部分：亚甲基兰的电化学性质及其与d n a 的作用 本文报道了电化学方法，紫外光度法和黏度法对亚甲基蓝与小牛胸腺 d n a ( c td n a ) 相互作用的研究，求得了键合常数为6 o 1 0 4 m - 1 ，键合位点数为 0 7 。在d n a 修饰电极上亚甲基蓝氧化态m b 比还原态m b 的键合常数为 k o x r 。d = 7 。结果表明亚甲基蓝可以与d n a 发生强烈的作用，其作用模式为混合 模式( 主要为静电键合，沟槽键合) 。 第五部分：亚甲基兰聚合膜修饰玻碳电极上的电化学行为 在碱性溶液中用重复电位扫描法在玻碳电极上制备了亚甲基兰聚合膜。亚甲 基兰的聚合是在高电位下，氧化亚甲基兰产生自由基发生链式引发丽聚合。首次 用铁氰化钾作为探针采用循环伏安法和电化学扫描电镜表征了不同聚合圈数的 电极的表面性质。随着扫描圈数的增加，聚合膜的厚度也增加，同时电极由导体 向绝缘体转变。电极表面的形貌图也说明了这一现象。 关键词：d n a ；卟啉：皿甲基兰；相互作用 研究生：吴海霞专业：分析化学 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 i j 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 a b s t r a c t d n ai st h ec a r r i e ro fg e n e t i ci n f o r m a t i o na n dp l a y sa l le s p e c i a l l yi m p o r t a n tr o l e i nt h ec o u r s eo f g e n e t i c i n v e s t i g a t i o no fd n a i si m p o r t a n ti nt h el i f es c i e n c e sf i e l d d n ai st h em a i nt a r g e tm o l e c u l et h a te x i s t si na n t i c a n c e ra n da n t i v i r a lt h e r a p i e s a l l c e l la n dv i r u sc a r r yd n a n o r m a l h e r e d i t yf u n c t i o no fd n ad e p e n d s o nt h ep h y s i c a l a n dc b e m i c a li n t e r a c t i o no fo t h e rm o l e c u l e sw i t hd n a i n t e r a c t i o no fd n aw i t hs m a l lm o l e c u l e s ，e s p e c i a l l yd r u gm o l e c u l e sa f f e c t e d p h y s i o l o g i c a la n dp h y s i c a lc h e m i c a lc h a r a c t e ro fd n a a n dc h a n g e dt h et r a n s f e ra n d c o p yo fd n a h e n c e i ti sm e a n i n gt h a ti n t e r a c t i o n so fs m a l lm o l e c u l e sw i t hd n aa r e i n v e s t i g a t e dt ou n d e r s t a n db i n do fd n a w i t hp r o t e i n ，a n t i c a n c e rm e c h a n i s ma n dt o d e s i g na n ds y n t h e s i z en e wd r u g i nm e d i c a m e n t ，i tp o s s i b l et of o r e s e em a j o rs t e p s f o r w a r di no u ru n d e r s t a n d i n go ft h em o l e c u l a rb a s i so fd i s e a s e ，b o t hf r o ma t t a c kb y e x t e r n a lp a t h o g e n sa n di n t e m a l l yf r o mv a r i a t i o n sw i t h i nt h eh u m a ng e n o m er e s u l t i n g i na p l e t h o r ao f n e wm o l e c u l a r t h e r a p e u t i ct a r g e t sf o rd r u gd e s i g na n dd i s c o v e r y a v a r i e t yo ft e c h n i q u e s f r o mm o l e c u l a rb i o l o g yh a v eb e e nu s e di nr e s e a r c h l a b o r a t o r i e st os t u d yt h ee f f e c t so fd n a b i n d i n gs m a l lm o l e c u l e s ，s u c ha s t h e g e l m o b i f i t ys h i f ta s s a y ，1 hn m r ，d n af o o t p r i n t i n ga s s a y , a n df l u o r e s c e n c e b a s e da s s a y s ， u v - v i s s p e c t r u ma n dv i s c o m e t r y b a s e do nt h ea b o v e v i e w ，i nt h i sp a p e rw e f i r s tp r o v i d ea g e n e r a li n t r o d u c t i o na n d c o n c l u s i o no ft h er e s e a r c ha b o u tt h ei n t e r a c t i o no fm o l e c u l et h a tj sa c t i v ei nl i f e f o 珊 w i t h d n a ；s e c o n d l y ，w es y n t h e s i z e d an e w w a t e r - s o l u b l e p o r p h y r i n m e s o t e t r a k i s ( 4 一( 1 - p y r i d y l ) p r o p o x y p h e n y l p o r p h y r i n ( t p p b r ) a n di t sn i c o m p l e x ( t p p b r ( n i ) ) ，z nc o m p l e x c r p p b r ( z n ) ) a n dc h a r a c t e r i z e dt h e s ep o r p h y r i nb y u v - v i s s p e c t r a ，1 hn m r , a n d i n f r a r e ds p e c t r a ；t h i r d l y ，w es t u d i e dt h ei n t e r a c t i o no f t h e s ep o r p h y r i n sw i t hc a l ft h y m u sd n a ( o r d n a ) b yu v - v i s i b l e ，f l u o r e s c e u c ea n d c i r c u l a rd i c h r o i cs p e c t r o s c o p ya n dv i s c o s i t ym e a s u r e m e n t s ；f o u r t h l y , w es t u d i e dt h e i n t e r a c t i o no fm e t h y l e n eb l u e ( m b ) w i t hc td n a b y u v - v i s i b l e s p e c t r o s c o p y , v i s c o s i t ym e a s u r e m e n t s ，e l e c t r o c h e m i s t r y ；f i f t h l y , t h ep o l y ( m e t h y l e n eb l u e ) 一m o d i f i e d g l a s s c a r b o ne l e c t r o d e se l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o u rw a s i n v e s t i g a t e db yc y c l i c v o l t a m m e t r y ( c v ) a n d s e e m e x p e r i m e n t s 研究生：吴海霞专业：分析化学 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 1 1 1 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 p a r tig e n e r a li n t r o d u c t i o na n dc o n c l u s i o n i nt h i sp a r t ，t h ed e v e l o p m e n ti nt h es t u d i e so fd n a ，i n c l u d i n gs t u r c t u r eo fd n a , i n t e r a c t i o no fd n aw i t ho t h e rm a t t e ra n dt h em o t h o d sa b o u ti n t e r a c t i o no fd n aa n d s m a l lm o l e c u l e i ti si m p o r t a n tt os t u d yd n ai n t e r a c t i o nw i t hd r u gi nt h e o r ya n di n p l a c t i c e r e p o r t sa b o u tt h ea c t i o no ft h ep o r p h y r i nt h a ta l k y lc o n n e c t e dn - p o s i t i o n w i t hd n aa r e v e r y f e wi nt h ew o r d a n dw e s t u d ya c t i o no fm e t h y l e n e b l u ew i t hd n a s o l u t i o nb y m a i n l ye l e c t r o c h e m i c a l m e t h o d s p a r ti i s y n t h e s i s o fan o v e lw a t e r s o l u b l e p o r f i h y r i n an e ww a t e r - s o l u b l e p o r p h y r i nm e s o - t e u a k i s 4 一( 1 一p y r i d y l ) p r o p o x y 】p h e n y l p o r p h y r i n ( i t p b r ) a n di t s n ic o m p l e x ( t p p b r ( n i ) ) ，z nc o m p l e x ( t p p b r ( z n ) h a v e b e e ns y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e d b y u v v i s s p e c t r a ，1 hn m r ，a n d i n f r a r e ds p e c t r a p a r ti i i s t u d yo nt h ei n t e r a c t i o n o fw a t e r s o l u b l e p o r p h y r i nw i t h d n a an e w p o r p h y r i nm e s o t e t r a k i s 4 - n p y r i d y l ) p r o p o x y p h e n y l p o r p h y r i n ( t p p b r ) a n di t sn i c o m p l e x ( t p p b r ( n i ) ) ，z nc o m p l e x ( t p p b r ( z n ) ) h a v eb e e ns y n t h e s i z e d t h e i n t e r a c t i o no ft h e s ep o r p h y r i n sw i t hc a l ft h y m u sd n a ( c t d n a ) h a s b e e ne x p l o r e d b yu v - v i s i b l e ，f l u o r e s c e n c e a n dc i r c u l a rd i c h r o i c s p e c t r o s c o p y a n d v i s c o s i t y m e a s u r e m e n t s t h er e s u l t ss u g g e s tt h a tt h e s ep o r p h y r i n sc a nb i n dt od n a b yt h es a m e b i n d i n gm o d e t p p b ro u t s i d eb i n d sb ys e l f - s t a c kw i t hd n a b o t ha tl o wd r u gl o a dr ( = p o r p h y r i n d n a ) a n dh i g hd r u gl o a d t h o u g ht p p b r ( n i ) a n dt p p b r ( z n ) h a v e c e n t e rm e t a l ，b i n d i n gm o d ew i t hd n ah a sl i t t l ed i f f e r e n c ec o m p a r e dw i t ht p p b r ， d o m i n a t i n go u t - b i n d i n gm o d ew i t h d i f f e r e n td i r e c t i o n a l o n gd n a t h eb i n d i n g c o n s t a n t so ft h e t p p b r , t p p b r ( n i ) a n dt p p b r ( z n ) t od n a w e r e4 6 5 x 1 0 5 m 3 2 x l o s m 1a n d 2 6 4 x 1 0 5 m ，r e s p e c t i v e l y ac o l o r e dp r e c i p i t a t ew a sf o u n da f t e rt i m e i nt h e p o r p h y r i n sv i s c o s i t ym e a s u r e m e n t t h e r e a s o n a b l e i n t e r p r e t a t i o n i st h e p o r p h y r i n sw i t ha l k y lc o n n e c t e dn p o s i t i o no fp y r i d i n ec a ns t r o n g l yi n t e r a c tw i t ht h e a n i o n i c p h o s p h a t e s o fd n aa n dl e a dt oh y d r o p h o b i c c o m p l e x 研究生：吴海霞专业：分析化学 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 p a r ti ve l e c t r o c h e m i c a li n v e s t i g a t i o no ni n t e r a c t i o nb e t w e e nd n a w i t hm e t h y l e n eb l u e t h ei n t e r a c t i o no f m e t h y l e n eb l u e 似b ) w i t h c td n aw a ss t u d i e d b y u v - v i s i b l es p e c t r o s c o p y , v i s c o s i t ym e a s u r e m e n t s ，e l e c t r o c h e m i s t r y i n f o r m a l i o ns u c h a si n t r i n s i c b i n d i n gc o s t a n t ( k = 6 x 1 0 4 m ) ，a n db i n d i n gn u m b e r s ( n = 0 7 ) ，r a t i o ( k o x k r c d - - 7 ) o ft h e b i n dc o n s t a n t sf o rt h eo x i d i z e da n dr e d u c e df o r m so fm b i n t e r a c t i o nm o d eo fm bw i t hd n a w e r ee l e c t r o s t a t i ca t t a c t i n na n d g r o o v e b i n d i n g p a r tve l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o u ro fp o l y ( m e t h y l e n eb l u e ) o na g c ee l e c t r o d e t h ee l e c t r o c h e m i c a lp o l y m e r i z a t i o no f m e t h y l e n eb l u ei nt h ea q u e o u ss o l u t i o n s h a sb e e nc a r r i e do u tu s i n g r e p e a t e dp o t e n t i a lc y c l i n g t h ef o r m a t i o no f ar a d i c a lc a t i o n ， b ye l e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o no ft h em e t h y l e n eb l u ed y e i nab a s i ca q u e o u s s o l u t i o n ，i s c o n t r o l l e d b y d i f b a s i o nt o w a r d st h e g l a s s c a r b o l t e l e c t r o d e f g c e ) s u r f a c e t h e p o t a s s i u mf e r r i c y a n i d er e d u c t i o na t t h ep o l y ( m e t h y l e n eb l u e ) - m o d i f i e dg l a s sc a r b o n e l e c t r o d ew a s i n v e s t i g a t e db yc y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) a n ds e c me x p e r i m e n t s d e m o n s t r a t e dt h a tt h es u r f a c eo ft h em o d i f i e de l e c t r o d e r e p r e s e n t s a n i n s u l a t i n g s u b s t r a t ef o r f e r r i c y a n i d e u s i n gt h eh i g hs e n s i t i v i t y o ft h ee l e c t r o nt r a n s f e ro f f e r r i c y a n i d et ot h em o d i f i c a t i o no ft h eg c e s u r f a c ew i t l lp o l y ( m m w es e l e c t e dt h i s r e a c t i o na sa p r o b et os t u d yt h ed i f f e r e n tt h en u m b e r o f c y c l e sa tg c e w h e n t h e c y c l e n u m b e rc r e a s e s ，t h em o d i f i e de l e c t r o d ec o n v e r t sc o n d u c t o ri n t oi n s u l a t o r s e c m i m a g e so b t a i n e df r o mb a r ea n dm o d i f i e de l e c t r o d ef o rd i f f e r e n tt h en u m b e ro fc y c l e s s h o wv e r y g o o dr e s o l u t i o nw i t hd i f f e r e n tt o p o g r a p h ya c c o r d i n gt o t h ee x t e n to f m o d i f i c a t i o n a h o m o g e n e o u s c u r r e n tw i t har e g u l a rt o p o g r a p h yw a sf o u n dn om a t t e r w h a tt h en u m b e ro f c y c l e s t h e s e r e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tw h i l et h ec v e x p e r i m e n t s g i v eo v e r a l li n f o r m a t i o na b o u tt h es t u d i e ds u r f a c e ，t h es e c me x p e r m i tm i c r o s c o p i c c h a r a c t e r i z a t i o no ft h el a y e r k e y w o r d s ：d n a ；p o r p h y r i n ；m e t h y l e n eb l u e ；i n t e r a c t i o n 研究生：吴海霞专业：分析化学 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 v 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，论文中不包括其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括为获得西北师范大学或其它教育 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。 签名：罢码噩 日期：趟! 圭! ：羔 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：羔骧导师签名：厘叁万日期：塑。冱乒 硕士学位论文 生物活性分子与d n a 的相互作用研究 第一章绪论 1 9 5 3 年w a t s o n 和c r i c k 提出d n a 的双螺旋结构模型【l j ，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。有关生物基本遗传物质d n a 的研究也成为分子生物学和生物化学的重 要课题，其中d n a 靶向分子与d n a 之间的相互作用的研究一直是一个十分活跃 的领域。人们发现，在d n a 编码转译成蛋白质的各个阶段，d n a 和r n a 的台 成，基因的调控等都涉及到金属离子。核酸的生物功能与这些金属离子密切相关。 因此研究核酸与金属离子及其化合物问相互作用的化学基础，对了解他们的性质 揭示核酸生物合成的规律和金属离子与核酸生物功能的关系，进而阐述生命遗传 的本质和变易的原因等都具有重要意义1 2 】。同时，通过对一些药物一金属离子一d n a 结合物作用激励的研究不仅对阐述一些抗肿瘤、抗病毒药物及致癌物的作用机 理作出解释，并为新的抗癌药物的研制提供理论依据，而且对进一步指导人工核 酸的合成及d n a 高级结构的研究具有重要意义。 目前有很多方法应用于实验室研究d n a 与其他物质的相互作用，比如：凝 胶电泳分析，核磁共振，d n a 足印分析，荧光分析，紫外可见光谱分析以及黏 度分析等。 d n a 的组成和结构，3 蛔 d n a 的结构如图1 所示，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 一核糖或b d 2 一脱氧核糖，将核糖分为核 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 ) ，鸟嘌呤( g ) ，胞 嘧啶( c ) 和尿嘧啶( u ) 四种。后者的碱基中，除了胸腺嘧啶( d 代替尿嘧啶外，其余 三种与前者相同。脱氧核苷酸之间由3 ，5 - 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： a t 和g c 。相邻碱基对平面之间间隔处于v a n d e r w a a l s 距离内，因此碱基平面 上分布的n 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之间作用力，使碱基之问存在堆积作用。堆积作用的大小表 现出嘌呤嘌呤 嘌呤一嘧啶 嘧啶嘧啶的趋势，而且还受碱基排列序列的影响。 研究生：吴海霞专业：分析化学 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 硕士学位论文 生物活性分子与d n a 的相互作用研究 氢键和堆积作用使两条脱氧核苷酸单链组成一条职螺旋，就是d n a 的二级结构。 碱基对与搪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 其它分子能够阅读的信息( 碱基序列) ，沟足够大，能容许蛋白质分子进入。相比 之下，小沟信息较少些。d n a 是一种柔性的生物大分子，这使得d n a 取螺旋可 采用不同的构象，如a 、b 、c 、d 、z 等形式。 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 反平行的多核苷酸围绕同一螺旋轴旋转而形 成右手取螺旋，每十个碱基对旋绕一圈形成一 个螺旋结构，螺距3 4 n m ，螺距亩径2 n m 。 z d n a 是d n a 几种构象中唯一的左手螺旋。 z d n a 中两条由d g 和d c 交替形成的寡聚核 昔链反向平行排列，通过w a t s o n c r i c k 碱基 配对把它们系在一起并绕成一个左手螺旋。 d n a 不同构象所具有的特征使得小分子药物 图1 d n a 双螺旋耋吉_ 陶 识别二级结构成为可能。 二d n a 与靶向分子相互作用的研究 1 d n a 与简单金属离子的相互作用 一些金属离子，特别是一些过渡金属离子，它们能与d n a 发生缔合作用， 使某些d n a 的结构发生改变p 一。游离的金属离子可直接与d n a 发生作用。单 价金属阳离子易于通过分散的“离子云”与d n a 结合，从而非特异性地稳定核酸 的二级和三级结构。单价阳离子与d n a 分子小沟内的a t 区结合会导致d n a 的 弯曲，并使小沟变的更狭窄。二价金属离子经常对核酸产生特异作用。比如能使 d n a 弯曲，使r n a 分子折叠，也可作为核酸酶的辅囚子等。二价金属离子通过 与核酸碱基或磷酸酯键上的氧结合而形成外表面或内表面的连接方式，这样便降 研究生：吴海霞专业：分析化学 2 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 低了相邻带负电的磷酸基团间的静电排斥，从而使d n a 双螺旋结构更加稳定。 例如宏量金属离子c a 2 + ，m 9 2 + 可与d n a 分子中磷酸基团负电荷部位结合，从而 稳定核酸构象。而c u “，m n 2 + ，z “，n i “，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 i l “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 p c ( 3 5 ) 序列的g c 对形 成链间交联嘲。电解研究表明，金属离子与d n a 分子中磷酸基团的作用，或者 是特异性的，或者是非特异性的。金属离子与d n a 碱基结合同样可以中和磷酸 的负电荷，但会使d n a 双链失去稳定性，因为保持d n a 双链稳定性的h 键和 碱基堆积力受到干扰f 1 0 1 。f o j t a l l l 】等的研究发现：【c o ( n h 3 ) 3 + 6 】等离子的正电荷可 以使d n a 集结，浓缩，并进一步产生沉淀。但如果在溶液中存在n a + ，m 9 2 + 等 一价或二价离子时，就可以抑制d n a 的集结。 2 金属配合物 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 合成出性能优良的抗肿瘤药物或抗病毒剂。 2 1 金属卟啉配合物 1 卟啉 1 1 卟啉概述 卟啉( p o 神y t j n s ) 是卟吩( p o i p h y r i n e ) ) b 环带有取代基的同系物和衍生物的总 称。卟啉及金属卟啉化合物广泛存在于动植物中，具有特殊生理活性，如血红素 ( 铁卟啉) 、叶绿素( 锰卟啉) 、维生素b 1 2 ( 钴卟啉) 、细胞色素p 一4 5 0 等一系列具 有重要生理功能的物质，都有卟啉和类卟啉的骨架，它们都是起重要生理作用的 活性中心【1 2 l 。卟吩由四个毗咯型的环通过四个亚甲基桥连而形成的大环。卟吩是 四齿配体，可用于金属配位的空间最大直径约3 7 a 1 13 1 。卟啉的大环结构最先在 1 9 1 2 年由k i i s t c r 提出，并认为该大环结构可能不稳定。但k i i s t e r 的观点被当1 n l - 啉 化学之父f i s c h e r 所摈弃【14 1 。除了n a 、k 、“与卟啉形成2 ：1 配合物，几乎所有的金 属都与卟啉形成1 ：1 配合物，配位时毗咯环失去两个质子而成为二价负离子。卟啉 研究生：吴海霞专业：分析化学 3 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 的共轭大环体系非常稳定，具有芳香性。卟啉与过渡金属离子形成的配合物也十 分稳定，例如，z n l l p p ( 四苯基卟啉) 的稳定常数为1 0 2 9 【1 2 】。因其稳定性和独特的 生理功能，以卟啉的金属配合物为基础的生物模拟自二十世纪六十年代开始得到 长足的发展，如模拟氧的贮存和输送l ”】、金属酶如细胞色素酶的模拟和催化反应 i 、光合作用反应中心的模拟l 研。 卟啉及金属卧啉都是高熔点、深色的固体，多数不溶于水，但能溶于矿酸而 无树酯化作用，溶液有萤光。不溶于碱，对热非常稳定。众所周知，卟啉也是高 灵敏的发色试剂。卟啉和金属卟啉在可见区域般都表现出尖而强的特征吸收 ( 4 0 0 5 0 0 n m ) ，即s o r e t 带，其摩尔消光系数可达1 0 5 。随着研究的深入，以金属 卟啉配合物为主体分子( h o s t m o l e c u l e s ) 的分子识别研究正在逐渐引起人们的广泛 注意【l s l 。 金属卟啉配合物作为主体分子有其独特的优点。首先，卟啉环具有刚性结构， 周边官能团的方向和位置可以较好地得到控制，使之与客体分子( g u e s t m o l e c u l e s ) 之间有最佳的相互作用；其次，卟啉分子有较大的表面对金属卧啉分子轴向配 体周围的空间容积和相互作用方向的控制余地较大；再次，金属卟啉配合物具有 多样性。基于上述优点，金属卟啉配台物可以对多种有机和生物分子进行识别， 金属卟啉配合物的分子识别研究将具有广阔的前景。 1 1 3 卟啉的结构特性 卟啉是高度共轭的大分子，可以写出多种共振结构式。虽然卟吩环表面上 有2 2 个电子，但实际参与离域的n 电子数为1 8 ，符合h i i c k e l4 n + 2 规则， 因此具有芳香性。卟啉的芳香性也可以由燃烧热和x 射线以及1 h n m r 得到验证。 卟啉环内氮所连的受屏蔽质子出现在高场( c a 3 p p m ) ，而环外m e s o 位因芳香环去 屏蔽作用，质子则在约1 0 5 p p m 的低场出现。卟啉的芳香性表现在反应中就如预 期的那样，硝化、磺化、卤化、酰化以及重氮化反应均可在卟啉未取代的位置进 行。 卟啉和类卟啉有很深的颜色，3 8 0 4 2 0 n m 左右的主要吸收带( s o r e t 带) 有很大 的摩尔消光系数，约4 0 0 0 0 0 m 1 c l n 一，这是大环共轭分子的特征。s o r e t 带因1 8 8 3 年s o r e r 在血红素研究中被发现而得名，后来g r a m g e 在卟啉分子中也得到该吸收 带。破坏卟啉大环将导致s o r e t 带的消失。除了有一个强吸收的s o r e r 带之外，卟 啉化合物在可见区还有弱吸收的q 带，它们是卟啉的a 2 。( n ) 一e g ( n + ) 的准允许跃 研究生：吴海霞专业：分析化学 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 4 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 迁。中性卟啉q 带一般有四个峰，其相对强度与卟啉环上存在基团的电子性质有 关。金属进入卟啉环内后，对称性增强( 由d 2 h 对称变为d 4 h 对称) ，峰数目减少。 在紫外光区，金属卟啉具有两个较弱的谱带。 1 4 卟啉与核酸的相互作用 一般用于卟啉化合物一核酸作用研究的卟啉化合物有三类：阳离子卟啉化合 物、阴离子卟啉化合物和强极性非离子型卟啉化合物。离子型化合物极性大，易 溶于水。由于核酸的骨架磷酸链是带 负电的，很多文献报道了阳离子卟啉化台 物的合成及与核酸的相互作用。一般来说， 这些带电的卟啉化合物都是通过氮原子来 实现的。其中研究得最多的是5 ，1 0 ，1 5 ， 2 0 一四i n 一甲基- 4 - 吡啶】苯基卟啉( t m p y p ) 及 其衍生物f 图2 ) 。阴离子卟啉化合物和非离 子型强极性卟啉化合物与核酸相互作用研 究也有报道。阴离子卟啉化合物主要是通 过硫酸基和羧基带负电，非离子型强极性 卟啉化合物则主要是通过卟啉大环与寡核 苷、多肽或氨基酸等强极性分子相连合成 的【1 9 1 。由于阴、阳离子间的静电作用，在 一般情况下阳离子卟啉化合物与核酸的亲 合力比其它两类卟啉化合物强，与核酸结 托 r 脚妒* 电 一矿一电一m 一p 帆。m i m a p 。 n 图2 卟啉的结构 合也是最牢固的。有关阳离子卟啉化合物与核酸相互作用研究的报道也是最多的 【捌。 2 2 其它过渡金属配合物 自6 0 年代r o s e n b e r g 2 1 】发现顺二氯二氨合铂( 1 i ) 的抗癌活性以来，有关顺铂 及其它具有类似结构的平面四边形铂配合物的抗癌活性研究一直非常活跃1 2 2 】具 有八面体结构的过渡金属配合物，尤其是r u ，r h ，c o ，砸配合物与d n a 相互 作用的研究也一直受到人们的重视。例如k o p t f 2 4 l 发现二氯二茂钛类化合物具有 很好的抗癌活性，由于其具有毒性低，抗癌谱广的特点而引起人们极大的兴趣。 研究生：吴海霞专业：分析化学 5 指导教师：康敬万教授、卢小泉教授 硕士学位论文生物活性分子与d n a 的相互作用研究 许多r u 配合物具有独特的发光性能，使其成为研究d n