多胺类金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究报告

1、.多胺类金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究【摘要】：本论文设计合成了几种新的对称性的多胺化合物及其金属配合物，通过1HNMR、(13)MR、IR、MS、熔点测定、元素分析以及密度泛函(DFT，densityfunctionaltheory)优化计算等各种手段对新合成的多胺化合物及其金属配合物的结构进行了表征。并利用紫外光谱、荧光光谱、黏度、热变性、循环伏安、凝胶电泳等方法对其与小牛胸腺DNA的作用及其切割pBR322的活性进行了研究。所做的主要工作有以下几点：第一，合成了一个新的具有对称结构的含吡咯环的多胺类化合物：N1，N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-酰基)三乙基四胺，及其金

2、属配合物：N1，N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-酰基)三乙基四胺合铜()，该配合物能够通过插入作用与DNA相互作用，并能有效地切割DNA，我们还进一步利用MTT法(3-(4，5-dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyl-tetrazoliumbromide)对其与人胆管癌细胞株QBC939的作用进行了研究，确定了该金属配合物具有一定的抗癌活性。本工作从分子水平到细胞水平对新合成的该金属配合物都进行了系统的研究，确定了该金属配合物是一个新的具有抗癌活性的化学核酸酶。第二，合成了一个新的具有对称结构的含吡咯环的多胺类金属配合物：N1，N8-二(1-甲基4-硝基吡咯

3、-2-酰基)三乙基四胺合镁()，研究结果表明该配合物能够通过静电作用与DNA相互作用，并能有效地切割DNA。第三，合成了二水杨醛三乙基四胺合铁()金属配合物，研究结果表明该金属配合物通过静电方式与DNA结合并能有效地切割DNA。第四，合成了二水杨醛三乙基四胺合铜()金属配合物，通过一系列的研究表明，该金属配合物通过嵌插模式与DNA结合，并能切割断裂DNA。第五，合成了二水杨醛二乙基三胺合铁()金属配合物，研究结果表明该金属配合物是通过嵌插模式与DNA相互作用并切割断裂DNA。第六，合成了两种新的具有对称结构的含有咪唑环的多胺化合物：N1，N5-二(1-甲基咪唑-2-酰基)二乙基三胺和N1，N8

4、-二(1-甲基咪唑2-酰基)三乙基四胺，并通过1HNMR谱、(13)MR谱、IR吸收光谱、质谱、熔点测定和元素分析等手段对其结构进行了表征。癌症是目前危及人类生命的最主要疾病之一，在当今世界的疾病中，癌症的致死率高达25左右。科学家历经数代人的艰辛努力，正花很大力气来攻克这个危害人类健康的堡垒。随着人们对肿瘤分子生物学的认识，对癌症的化学疗法已取得令人瞩目的成就，已经有许多药物用于临床治疗；但人们同时发现，所使用的抗癌剂普遍都存在着对肿瘤细胞选择性低的缺点，在杀伤癌细胞的同时也杀伤正常细胞。因此，提高抗癌药物的选择性，研制开发高效低毒的抗癌药物就成为科学家们关注的焦点。分子生物学和分子药理学的

5、发展使人们能够从基因水平理解某些生命现象，并通过分子设计来寻找灵敏的核酸探针和有效的治疗药物。绝大多数抗癌剂在生物体内的靶点是DNA分子，其作用方式大致分为三种：(1)药物与模板DNA形成非共价复合物，主要与DNA以氢键相结合。当双链开始解离时，药物也随之从DNA上脱离。(2)药物与模板DNA形成共价复合物，主要与DNA以共价键相结合。若介于DNA的双链之间，则在双链之间形成交联，从而妨碍DNA双链的拆开。(3)选择性地与DNA结合，DNA双链结构变得不稳定，引起单链或双链断裂，降解模板DNA。由此可见，对DNA特定序列的断裂，应是抗癌剂高效杀灭癌细胞又保护正常细胞的主攻方向。因此，开发新的化

6、学核酸酶，对DNA进行定位识别与选择性切割就成为当前世界上研究的热门课题。随着人类基因组图谱的解析，人们对各种疾病将得到本质上的认识。在人体中，像基因表达、DNA复制、修复和转录等都是建立在对核酸中碱基对的特异识别基础之上。因此，对DNA序列的特异性识别就成为生命科学研究中的重要课题，它不仅对揭示生命的奥秘具有深远的理论意义，而且具有广阔的应用前景。在生物体内，DNA序列的特异性识别常常通过蛋白质与DNA的相互作用来实现。但由于蛋白质分子量大，含量低，结构复杂且容易变性等特点，研究起来十分困难，因而寻找新的简单有效的方法来特异性识别DNA序列，实现有目的的基因调控就具有十分重要的意义。目前用于

7、识别DNA序列的非生物分子主要有寡聚核苷酸、寡聚核苷酸类似物多肽核酸(PNA)、多胺等。特别是多胺的研究在美国加州理工大学Dervan教授的带领下，近些年来取得了令人瞩目的成果。不仅揭示了多胺特异性识别DNA的规律性，而且还进一步将其与其它具有特定功能的化合物或基团连接探讨其对DNA的特异性修饰作用及其在体内外对基因表达的影响等，已成为当今小分子识别DNA的一个具有巨大潜力的发展方向。多胺不仅能在体外与DNA特异性地结合，而且还能透细胞膜、穿过核膜，进入细胞核内抑制基因表达。在人类细胞中，多胺可与病毒HIV-1的起动子增强子的不同部位结合，抑制其相应产物的转录，进一步抑制HIV-1的复制。多胺

8、还能特异性地部分替代某些DNA结合蛋白与DNA序列结合，从而阻止其相应蛋白结合到此部位，促进转录。Simon等合成特异性识别GC的多胺ImlmPyPy-ImImPyPy-Dp在体外能够有效地抑制DNA解旋酶的活性。多胺不仅能在体内外抑制基因表达，当将之与转录激活因子连接，还能激活特定基因的转录。AmnakMapp等将多胺与连接片断(酵母蛋白G4的251-281氨基酸，它使新合成的化合物形成二配体)连接，然后再接上一个基因激活结构域AHCPEFPGIELQELQELQALLQQ，在体外成功地激活了相应基因片断的转录。因此，多胺在调控特定基因表达方面具有巨大潜力。本文在查阅大量文献后，筛选出吡咯环

9、，咪唑环和苯环为DNA的结合剂，来作为DNA的识别系统，选择二乙基三胺和三乙基四胺作为DNA的切割系统。以此为基础设计合成了几种新的对称性的多胺化合物及其金属配合物。本工作的创新点在于：第一，所合成的配体N1，N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-酰基)三乙基四胺，二水杨醛二乙基三胺，N1，N5-二(1-甲基咪唑-2-酰基)二乙基三胺以及N1，N8-二(1-甲基咪唑-2-酰基)三乙基四胺及其金属配合物都是首次合成的新的化合物。第二，确定了所合成的金属配合物都可以与DNA相互作用并能有效地切割断裂DNA，是一类新型有效的断裂DNA的化学核酸酶。第三，以我们所合成的几种新的多胺类化合物为基础，还可

10、以合成一系列具有对称平行结构的多胺分子，以期在不同的位点对DNA序列进行新的特异性识别和定位切割，从而可以开发研制一系列新型有效的化学核酸酶。综上所述，我们合成了多种能够与DNA结合，并能有效断裂DNA的新的化学核酸酶，为其在药物的开发和分子生物学中的应用提供了有价值的信息，而且以所合成的几种新的多胺化合物为基础可以开发出一系列新型有效的化学核酸酶和抗癌药物，其意义之重大是不言而喻的。【关键词】：多胺金属配合物DNA化学核酸酶DNA断裂试剂【学位授予单位】：XX大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2007【分类号】：O641.4【目录】：摘要18-21ABSTRACT21-25第一章综述2

11、5-72§1.1DNA的识别26-361.1.1多胺与DNA的结合模式27-311.1.2多胺与基因表达31-321.1.3多胺对DNA碱基对的识别32-331.1.4影响多胺识别DNA序列的因素33-341.1.5多胺与DNA特定位点的甲基化34-36§1.2DNA的切割36-411.2.1DNA的光切割36-371.2.2DNA的氧化切割37-381.2.3DNA的水解切割38-41§1.3DNA的识别与切割DNA的定位切割41-42§1.4研究配合物与DNA作用的常用方法42-481.4.1紫外可见吸收光谱法431.4.2线二色光谱和圆二色光谱43

12、-441.4.3荧光光谱法441.4.4拉曼光谱法44-451.4.5红外光谱法451.4.6核磁共振分析法和质谱法451.4.7电化学方法45-461.4.8微量热法461.4.9能量转移方法46-471.4.10凝胶电泳方法471.4.11其它方法47-48§1.5金属配合物与DNA作用研究最新进展48-53§1.6本文研究内容53-55参考文献55-72第二章N1,N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-酰基)三乙基四胺金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究72-102§2.1引言72-73§2.2N1,N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-酰

13、基)三乙基四胺合铜()金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究73-862.2.1实验部分73-782.2.1.1实验试剂732.2.1.2实验仪器732.2.1.3实验方法73-752.2.1.3.1电子吸收光谱73-742.2.1.3.2荧光光谱742.2.1.3.3黏度测定742.2.1.3.4电化学实验循环伏安法742.2.1.3.5配合物与质粒pBR322DNA作用的电泳实验742.2.1.3.6MTT法实验74-752.2.1.4配合物的合成与表征75-782.2.1.4.1配体的合成75-762.2.1.4.2配合物的合成76-772.2.1.4.3结构优化计算77-782.

14、2.2结果与讨论78-852.2.2.1吸收光谱研究79-802.2.2.2荧光光谱研究80-812.2.2.2.1配合物对DNA-EB荧光光谱的影响802.2.2.2.2配合物与DNA-EB竞争结合的作用类型分析80-812.2.2.3黏度研究81-822.2.2.4电化学行为研究82-832.2.2.5分子模拟83-842.2.2.6凝胶电泳分析842.2.2.7MTT比色分析84-852.2.3小结85-86§2.3N1,N8-二(1-甲基4-硝基吡咯-2-酰基)三乙基四胺合镁()金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究86-972.3.1实验部分86-902.3.1.1实

15、验试剂862.3.1.2实验仪器862.3.1.3实验方法86-872.3.1.3.1电子吸收光谱862.3.1.3.2荧光光谱86-872.3.1.3.3黏度测定872.3.1.3.4热变性研究872.3.1.3.5电化学行为研究872.3.1.3.6配合物与质粒pBR322DNA作用的电泳实验872.3.1.4配合物的合成与表征87-902.3.1.4.1配体的合成87-882.3.1.4.2配合物的合成88-892.3.1.4.3结构优化计算89-902.3.2结果与讨论90-962.3.2.1吸收光谱研究90-912.3.2.2荧光光谱研究91-922.3.2.2.1配合物对DNA-E

16、B荧光光谱的影响91-922.3.2.2.2配合物与DNA-EB竞争结合的作用类型分析922.3.2.3黏度研究92-942.3.2.4配合物对DNA熔点的影响94-952.3.2.5分子模拟95-962.3.2.6凝胶电泳分析962.3.3小结96-97参考文献97-102第三章二水杨醛三乙基四胺金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究102-122§3.1引言102§3.2二水杨醛三乙基四胺合铁()金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究102-1113.2.1实验部分102-1053.2.1.1实验试剂1023.2.1.2实验仪器102-1033.2.1.3实

17、验方法103-1043.2.1.3.1电子吸收光谱1033.2.1.3.2荧光光谱1033.2.1.3.3黏度测定1033.2.1.3.4热变性研究1033.2.1.3.5电化学实验循环伏安法103-1043.2.1.3.6配合物与质粒pBR322DNA作用的电泳实验1043.2.1.4配合物的合成与表征104-1053.2.2结果与讨论105-1113.2.2.1吸收光谱研究105-1063.2.2.2荧光光谱研究106-1073.2.2.2.1配合物对DNA-EB荧光光谱的影响1063.2.2.2.2配合物与DNA-EB竞争结合的作用类型分析106-1073.2.2.3黏度研究107-10

18、83.2.2.4配合物对DNA熔点的影响108-1093.2.2.5电化学行为研究109-1103.2.2.6电泳分析110-1113.2.3小结111§3.3二水杨醛三乙基四胺合铜()金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究111-1193.3.1实验部分111-1133.3.1.1实验试剂111-1123.3.1.2实验仪器1123.3.1.3实验方法112-1133.3.1.3.1电子吸收光谱1123.3.1.3.2荧光光谱1123.3.1.3.3黏度测定1123.3.1.3.4热变性研究1123.3.1.3.5配合物与质粒pBR322DNA作用的电泳实验112-1133.

19、3.1.4配合物的合成与表征1133.3.2结果与讨论113-1193.3.2.1吸收光谱研究113-1143.3.2.2荧光光谱研究114-1153.3.2.2.1配合物对DNA-EB荧光光谱的影响114-1153.3.2.2.2配合物与DNA-EB竞争结合的作用类型分析1153.3.2.3黏度研究115-1173.3.2.4配合物对DNA熔点的影响117-1183.3.2.5凝胶电泳分析118-1193.3.3小结119参考文献119-122第四章二水杨醛二乙基三胺合铁()金属配合物的合成、表征及其与DNA作用的研究122-138§4.1引言122§4.2实验部分122

20、-1274.2.1实验试剂122-1234.2.2实验仪器1234.2.3实验方法123-1244.2.3.1电子吸收光谱1234.2.3.2荧光光谱1234.2.3.3黏度测定1234.2.3.4热变性研究123-1244.2.3.5配合物与质粒pBR322DNA作用的电泳实验1244.2.4配合物的合成与表征124-1274.2.4.1配体的合成1244.2.4.2配合物的合成124-1264.2.4.3结构优化计算126-127§4.3结果与讨论127-1344.3.1吸收光谱研究127-1284.3.2荧光光谱研究128-1304.3.2.1配合物对DNA-EB荧光光谱的影响128-1294.3.2