金屬配合物與DNA相互作用研究手段和進展

項朋志，劉麗梅

(云南國防工業職業技術學院 化學工程學院，云南 昆明 650222)

金屬配合物與DNA相互作用研究手段和進展

項朋志，劉麗梅

(云南國防工業職業技術學院 化學工程學院，云南 昆明 650222)

本文以金屬配合物 DNA 的作用為主要內容，闡述了光譜學和電化學等多種儀器分析方法在研究金屬配合物與相互作用中的應用以及金屬配合物與DNA 的作用近年來的研究情況，并對今后的發展趨勢進行了展望．

金屬配合物；DNA；相互作用

DNA是生物體內主要的遺傳物質，也是化學物質作用于生物體早期階段的一個重要的靶標，在細胞復制前，如果形成未被修復或被錯誤修復的 DNA加合物可導致基因突變并成為致癌性的關鍵性步驟[1]．新型抗癌藥劑的開發和抗癌機理研究一直是比較熱門的前沿課題[2-3]，很多藥物的設計都是以DNA作為靶點來設計的，因而，金屬配合物小分子與 DNA的作用研究一直是化學和生物學熱門的研究領域[4]，其機理是利用金屬配合物與 DNA的弱相互作用，可以將金屬配合物作為 DNA結構和構象研究的探針．研究其作用模式和機理，通常是金屬離子與病毒 DNA相互結合后，影響到病毒 DNA的復制和遺傳，從而就抑制了腫瘤細胞的擴散．目前，金屬配合物小分子與 DNA的作用模式有 3種，分別是靜電作用、溝渠作用和插入作用[5]，所以在分子水平上研究金屬配合物DNA的作用有非常重要作用，對藥物的合成和設計有積極指導意義．

1 研究方法

1.1 光譜方法

1.1.1 紫外-可見吸收光譜法

在光譜分析中，紫外-可見吸收光譜法是最常用的研究方法之一，紫外-可見吸收譜可以提供配合物與DNA發生插入作用的重要依據[6]比較金屬配合物溶液中加入DNA前后的子吸收光譜，如果加入DNA后吸收峰紅移、吸光光下降則表明金屬配合物小分子與 DNA的作用為插入作用，原因是插入配體與堿基對之間存在的堆積作用使得配體的 π*軌道與堿基的 π軌道發生偶合從而導致 π–π*躍遷能量減小，產生紅移現象．同時偶合的 π*道因部分填充電子使得 π–π*躍遷的概率減小，從而產生減色效應．減色和紅移程度的大小與插入的程度密切相關，插入配體的平面面積越大則作用就更加明顯．

1.1.2 熒光光譜法

熒光是研究金屬配合物與DNA的作用相互作用的重要手段，可分為靜態淬滅和動態淬滅2種方式．該法主要通過對熒光特征峰及其在不同條件下的位移情況、熒光偏振、同步熒光等研究，獲得蛋白質分子中熒光生色基團的種類、結構和所處微環境及其分布情況等有用信息以及外源物質與生物大分子相互作用的有關數據．李建晴等[7]采用熒光光譜究鹽酸小檗堿與DNA的相互作用，結果表明鹽酸小檗堿DNA的作用方式主要是嵌插結合．

1.2 電化學方法

電化學分析法在研究DNA的結構形態堿基序列、DNA的損傷、基因診斷等方面具有重要的意義，它作為光度分析的補充，可以獲得其他方法難以了解的信息．循環伏安法是利用電化學來研究金屬配合物與 DNA的作用強有力的工具，1978年Bard小組[8]采用循環伏安法研究了鈷(III)配合物與DNA相互作用的電化學行為，并發展了根據配合物中心離子的峰電流和峰電位計算二者的表觀結合常數和結合位點的方法，奠定了利用電化學方法研究金屬配合物與 DNA相互作用的基礎，目前電化學手段越來越多，趙敏等[9]采用循環伏安法研究了金屬配合物 CuL(O,O,N-2-(2,4-二羥基苯亞甲氨基)丙酸根·咪唑合銅(Ⅱ))與鮭魚精 DNA 的相互作用．CuL與DNA作用后，氧化峰電流減小，式電位負移，研究結果表明，CuL可以通過靜電作用與DNA結合．

2 不同類型金屬配合物研究

2.1 卟啉化合物類金屬配合物與DNA的相互作用

卟啉化合物最顯著的化學特性是易與金屬離子生成1︰1的配合物卟啉，陽離子金屬卟啉對DNA有特殊的親和力[10]，具有較小體積的金屬卟啉可嵌入 DNA的堿基對中成鍵，而且不區別堿基對的種類，一種帶正電荷的Fe(II)卟啉主體利用側鏈的–NCH3與DNA分子結合，在低離子強度的溶液中從外部與DNA分子成鍵，在高離子強度時與 DNA 分子形成帶有化學鍵的自堆棧結構[11]，王順等[12]通過合成的[5–(4–溴苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]鋅為底物，通過 Stille 偶聯的方法合成 5–(4'–氨基–4–聯苯基)–10,15,20–三苯基卟啉、[5–(4'–氨基–4–聯苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]鋅配合物以及[5–(4'–甲硫基–4–聯苯基)–10,15,20–三苯基卟啉]鋅配合物，用 UV,NMR, IR和MS對其結構進行了表征，研究了部分化合物的熒光和電化學性質．李雅等[13]設計合成4種新型卟啉–5–氟尿嘧啶化合物，研究了其抗癌活性．

2.2 藥物活性成分配合物與DNA的相互作用

康敬萬等[14]用電化學方法和吸收光譜法研究了Eu3+–蘆丁配合物和小牛胸腺DNA的相互作用．發現Eu3+–蘆丁配合物與 DNA通過靜電吸引和溝槽鍵合方式鍵合．楊軍等[15]合成了環丙沙星鋱熒光配合物，并研究其與DNA分子的相互作用．對比DNA分子吸附配合物分子前后的顯微紅外及熒光光譜發現以環丙沙星分子為配體的稀土配合物同DNA間存在相互作用．

2.3 嘌呤類配合物與DNA的相互作用

盧繼新等[16]用溴化乙錠為探針研究了巰嘌呤(MP)金屬配合物與小牛胸腺 DNA的作用機制，探討了其作用模式，即巰嘌呤與 DNA是非嵌插結合，巰嘌呤金屬配合物與 DNA之間的作用為靜電方式和一定的嵌入方式．席小莉等[17]研究了6–芐氨基嘌呤及其金屬配合物與DNA的作用機理，實驗表明二者間沒有發現純粹以插入方式結合的現象，說明這些金屬配合物與DNA都存在靜電結合．

2.4 菲咯啉類金屬配合物與DNA的相互作用

王紹娟等[18]研究了鐵–鄰菲咯啉類金屬配合物與DNA作用機理及DNA熒光光纖傳感器的研究，用熒光光譜法、紫外–可見光譜法、電化學法研究了它們與 DNA的相互作用．吳紅星等[19]通過紫外光譜法、熒光光譜法、圓二色光譜法、粘度法等方法研究了由合成的一種新型配體N,N′雙(2–亞甲基–1,10–菲咯啉)–3,6–二氧雜–1,8–辛二胺(L)與 La(III)形成的二元配合物和以氨基酸為第二配體形成的三元配合物與 ct-DNA的相互作用，初步探討了其可能的作用方式．

3 展望

人類即將進入基因時代，可以預見在藥物篩選中金屬配合物 DNA的相互作用研究越來越受到重視，今后的熱點可能集中于以下幾個方面：DNA傳感器中指示劑的選擇；藥物與DNA的相互作用模式的研究；高靈敏的DNA生物探針的合成與應用[20]．

4 結語

研究小分子金屬配合物和大分子 DNA的相互作用，從而探索 DNA的結構與功能的關系，將有助于人們從分子水平上了解生命現象的本質，并從基因水平上理解遺傳病、癌癥、艾滋病等疾病的發病機理，使通過分子設計尋找有效的治療藥物成為可能．插入 DNA的某些配合物已被研究作為人工核酸酶、DNA結構探針、DNA分子熒光試劑、DNA斷裂試劑和抗癌藥等領域．

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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

(責任編校：李建明英文校對：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

云南省教育廳基金項目(08C0283)

項朋志(1979-),男,湖北黃岡人,云南國防工業職業技術學院化學工程學院講師,理學碩士;

劉麗梅(1964-),女,山東汝山人,云南國防工業職業技術學院化學工程學院副教授,工學碩士.