[Cd(tinc)2·2(H2O)]n配合物的合成、結構及其與DNA的相互作用

王 寧， 高恩軍

(沈陽化工大學 遼寧省無機分子基化學重點實驗室， 遼寧 沈陽 110142)

順鉑作為最早用于腫瘤治療的金屬配合物，因其抗癌譜廣、作用強，已被廣泛應用于臨床治療，然而其嚴重的消化道反應、腎毒性、骨髓抑制及神經毒性也給患者帶來相應痛苦.因此具有抗腫瘤作用的新型金屬配合物藥物的發現與研究顯得尤為重要.正常細胞發生癌變一般起因是DNA進行快速且無節制地復制，故配合物是否可與DNA發生相互作用可作為衡量配合物是否有潛在抗癌活性的依據，順鉑的作用機制即為其可抑制DNA的復制過程[1-2].

含氮羧酸配體具有豐富的配位模式，易形成結構穩定的功能型配合物.過渡金屬配合物往往具有良好的生化活性，可以有效插入DNA分子阻止其復制[3].本文通過溶劑熱法，選取含氮羧酸配體(1-三氮唑)異煙酸及過渡金屬鹽硝酸鎘合成配合物[Cd(tinc)2·2(H2O)]n，利用X單晶衍射確定了該配合物的結構，借助熒光光譜法及分子對接研究了其與DNA的相互作用，發現該配合物與DNA有較強的結合能力.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

BRUKER SMART 1000 CCD面探X射線衍射儀,德國Bruker公司；Perkin-Elmer LS55熒光分光光度計，美國Pekin-Elmer公司.硝酸鎘、2-(1-三氮唑)異煙酸、二甲基甲酰胺(DMF)等試劑均為分析純，未經進一步純化；實驗用水為二次蒸餾水；溴化乙錠(EB)、鯡魚精DNA(HS-DNA)為生化試劑，購置于國藥集團.

1.2 配合物的合成

2-(1-三氮唑)異煙酸(0.005 g)與硝酸鎘(0.015 g)溶解于裝有3 mL DMF與H2O體積比為1∶2的溶劑的小瓶中，室溫下充分攪拌后置于90 ℃烘箱中加熱72 h，緩慢冷卻至室溫得無色片狀晶體.經X單晶衍射確定所得晶體是結構為[Cd(tinc)2·2(H2O)]n的化合物.

1.3 熒光猝滅實驗

利用熒光光譜法測定配合物與DNA的相互作用.在EB-DNA體系[c(DNA)/c(EB)=2.5,其中c(DNA)=2.5 μmol/L,c(EB)=1 μmol/L]中分別加入0～12 μmol/L的金屬配合物，反應在Tris-HCl(pH=7.4)緩沖溶液中進行.實驗結果以490 nm為激發波長，在520～760 nm波長區間記錄每組溶液的熒光強度數值.

1.4 分子對接研究

分子對接研究使用分子對接軟件YASARA完成.對接所需的配合物PDB格式文件由其CIF格式文件使用Mercury軟件轉換而來.DNA分子結構(PDB ID:2MG8)取自蛋白質數據庫(protein data bank).

2 結果與討論

2.1 配合物的結構

配合物[Cd(tinc)2·2(H2O)]n的結構如圖1所示，鎘原子分別與2個氮原子(分別來自2個tinc配體)、4個氧原子(其中2個分別來自2個tinc配體，2個來自水分子)以配位鍵連接.鍵長，λ/nm：Cd(1)—N(3)為0.228 4 nm，Cd(1)—O(2)為0.234 5 nm，Cd(1)—O(3)為0.230 2 nm.N(3)—Cd(1)—N(3)，O(2)—Cd(1)—O(2)，O(3)—Cd(1)—O(3)鍵角均為180°，即N(3)—Cd(1)—N(3)，O(2)—Cd(1)—O(2)，O(3)—Cd(1)—O(3)分別處于一條直線上，形成了一個以鎘為中心呈中心對稱的規則的八面體結構.

圖2顯示的配合物的一維鏈狀結構是由中心Cd和N、O等原子以配位鍵連接而成.配合物的二維平面結構如圖3所示，不同鏈狀結構之間以氫鍵相連，為使配合物結構更加清晰，圖中不必要的氫原子已被省去.

圖1 配合物配位環境

圖2 配合物一維鏈狀結構

圖3 配合物二維平面結構

2.2 配合物與HS-DNA作用的熒光光譜法研究

溴化乙錠(EtBr)是一種強的DNA嵌入劑，其本身熒光強度很弱，但可以插入DNA的堿基對中形成EtBr-DNA復合物而產生強熒光[4].通過配合物與EtBr-DNA反應后的熒光強度變化即是否發生熒光猝滅，可判斷配合物是否與EtBr進行了競爭替換，從而判斷配合物對DNA是否有插入作用[5].根據經典的Stern-Volmer方程：I0/I=1+Ksq·r，其中I0和I分別表示不存在及存在配合物時的熒光強度；r為配合物與HS-DNA的濃度比；Ksq為Stern-Volmer猝滅常數，可定量描述配合物與HS-DNA作用的強弱，Ksq值越大，表示配合物與HS-DNA作用強度越大，結合能力越強[6-8].配合物與EB-DNA[c(EtBr)=1×10-6mol/L,c(DNA)=5×10-6mol/L]體系作用的發射光譜如圖4中所示.

1.c(配合物)=0 mol·L-1

由圖4可以看出：隨配合物濃度的增大，熒光強度呈遞降形勢明顯減弱，表明配合物與HS-DNA發生了插入作用，導致不同程度熒光猝滅的發生.由熒光猝滅曲線得Stern-Volmer猝滅常數Ksq值為0.200(圖5)，表明配合物與HS-DNA有較強的結合能力.

1.c(配合物)=0 mol·L-1

2.3 配合物的分子對接研究

分子對接是通過受體的特征以及受體和藥物分子之間的相互作用方式來進行藥物設計的方法，依據配體與受體作用的“鎖-鑰原理”，模擬小分子配體與生物大分子的相互作用[9-11].利用分子對接可進一步確認配合物與DNA的相互作用[12]，對接結果如圖6所示.其中球狀模型部分為配合物分子，表面被范德華力覆蓋的兩條呈棍狀模型的鏈狀結構為DNA分子.對接研究結果顯示配合物插入于DNA分子中并使其雙鏈打開，進一步確定了配合物與DNA分子的相互作用模式為插入作用.

圖6 配合物的DNA分子對接

3 結 論

(1) 用配體(1-三氮唑)異煙酸與金屬鎘鹽采取溶劑熱合成法合成了配合物[Cd(tinc)2·2(H2O)]n，通過X射線單晶衍射確定了該配合物為八面體構型，分別來自于2個配體的2個氮原子、2個氧原子以及2個水分子上的氧原子參與配位，形成了穿過金屬原子Cd呈中心對稱的規則的八面體結構.

(2) 利用配合物與EtBr的競爭實驗確定了其與HS-DNA的作用方式為插入結合，并借助分子對接研究進一步驗證了該配合物與DNA的作用模式，通過熒光猝滅常數計算(Ksq=0.200)表明配合物確與DNA有較強的親和作用，可作為潛在的抗癌試劑進行進一步研究.