紫外光谱在研究金属配合物与DNA相互作用中的应用

紫外光谱 应用

２０１０年３８卷第５期广州化工

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紫外光谱在研究金属配合物与ＤＮＡ相互作用中的应用

高婷１，张万举１，王芳２，张海滨１，张伟１

（１黄冈师范学院化学与应用化学学院，湖北黄冈４３８０００；

２黄冈师范学院计算机科学与技术学院，湖北黄冈４３８０００）

摘

要：概述了紫外光谱法在研究金属配合物与ＤＮＡ相互作用中的应用。紫外光谱法是一种研究配合物与ＤＮＡ相互作用最

简便、常用而有效的方法，不仅能够判断配合物与ＤＮＡ间的作用模式，还能够准确表征两者间的作用强度，在化合物与ＤＮＡ相互作用研究中发挥着重要作用。

关键词：紫外光谱；配合物；ＤＮＡ相互作用

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＶ；ｃｏｍｐｌｅｘ；ＤＮＡ—ｂｉｎｄｉｎｇ

ＤＮＡ是药物设计的重要靶点，金属配合物与ＤＮＡ相互作用研究可以为抗癌金属配合物的发现和优化提供理论指导，同时金属配合物还可以作为ＤＮＡ的手性探针和光探针，对探索ＤＮＡ尤其是病变ＤＮＡ的结构和遗传信息具有重要的应用价值。目前，对于金属配合物与ＤＮＡ相互作用的研究方法有很多，其中紫外光谱法是一种最常用和有效的方法。１

１．１

受损而影响其功能。

１．２影响配合物与ＤＮＡ相互作用的因素

配合物与ＤＮＡ的键合模式与配合物的形状、大小密切相关，并因此影响到其与ＤＮＡ的结合力大小。（１）配合物的形状：配合物的形状结构与底物（ＤＮＡ）匹配程度决定了配合物与ＤＮＡ的结合模式。（２）插入基团的平面性及大小：能够与ＤＮＡ以较强插入模式相结合的配合物，其插入基团要有较好的平面性和适中的平面面积。一般来说，插入基团的平面面积与插入强度成正比，但是当增大的面积与插入基团不在同一平面内而使空间位阻增大时，化合物与ＤＮＡ的作用反而减弱ｕ。２Ｊ。（３）取代基的差异：当化合物插入ＤＮＡ时，取代基空间位阻过大就会减弱这种作用。虽然大的取代基不利于插入剂与ＤＮＡ相互作用的动力学因素，但却有利于其与ＤＮＡ碱基之间的堆积作用。同一取代基，占据不同的位置时，生物活性不一样，而且取代基不同，药物的生物活性也会发生很大的变化一Ｊ。２

金属配合物与ＤＮＡ相互作用概述

金属配合物与ＤＮＡ的作用方式

金属配合物与ＤＮＡ的作用方式可分为非共价结合、共价结

合和剪切作用等。其中非共价结合虽然作用力较弱，但其在分子水平的生命现象中却是一种决定性的因素，形成了核酸生物功能所需要的空间结构。它们的结合的程度和方式与具体的环境条件有关，主要包括三种不同的方式：静电结合、沟槽结合和插入结合。静电结合是指小分子利用所带的正电荷与带负电荷的ＤＮＡ分子的磷酸骨架之间通过非特异性静电作用的结合，一般来说，静电结合没有选择性，又因为作用于磷酸骨架，在药物开发应用价值上不大；沟槽结合是小分子与核酸的大沟或小沟的碱基对边缘直接作用，作用形式主要是氢键和范德华力；插入结合是小分子利用其平面或几乎平面的芳香环［如邻菲哕啉（ｐｈｅｎ）、菲醌二亚胺（ｐｈｉ）、二吡啶吩嗪（ｄｐｐｚ）］插入ＤＮＡ碱基对之间，是药物分子与ＤＮＡ间发生作用的最重要的形式之一。当ＤＮＡ靶向分子嵌入ＤＮＡ碱基对之间后，有的可以直接抑制ＤＮＡ的复制与转录；有的则在经过进一步活化后，使ＤＮＡ断裂

４基金项目：黄冈师范学院青年科研基金（０９ＣＤｌ５７）。

紫外光谱在研究配合物与ＤＮＡ相互作用中的应用

配合物与ＤＮＡ相互作用的研究方法主要有光谱法、流体力学方法、电化学方法、ＮＭＲ等，其中光谱法中的紫外光谱法是研究小分子与核酸相互作用机理应用最广泛、操作简单且有效的方法。根据研究方法的不同，可以将紫外光谱法大致分为两种：

２．１

研究金属配合物对ＤＮＡ紫外光谱的影响

ＤＮＡ分子含有碱基生色团的双螺旋结构，紫外吸收光谱在

通讯作者：张万举（１９８１一），男，讲师，主要从事生物无机化学研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗ肌ｊｕｚｈａｎｇ＠ｙａｈｏｏ．ｔｏｎｉ．ｃｎ

万方数据

紫外光谱 应用

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广州化工２０１０年３８卷第５期

２．２．２配合物与ＤＮＡ相互作用强度的表达

配合物与ＤＮＡ存在多种作用方式，同时不同的配合物与ＤＮＡ相互作用的强度也不同。为了判断配合物与ＤＮＡ相互作用的强弱，我们可以根据配合物紫外光谱的变化进行分析计算。

（１）减色率

配合物的吸光度值８。，加入一定量的ＤＮＡ后（ＤＮＡ和配合物的浓度比为ｒ）溶液的吸光度８，，则减色率＝（８。一８，）／８。（ｒ＝ｎ，ｎ＝［ＤＮＡ］／［配合物］）。减色率的大小在一定程度上反映配合物与ＤＮＡ作用的强弱。如果减色率较低，如减色率小于１０％，可以认为配合物与ＤＮＡ发生了弱的相互作用。减色率越高，说明配合物与ＤＮＡ相互作用较强。

（２）结合常数

２６０ｎｍ附近有一强的吸收峰，可以根据ＤＮＡ与金属配合物相互作用前后的紫外吸收谱带变化研究二者间的相互作用。

对于ＤＮＡ的吸收光谱来说，如配合物与ＤＮＡ作用后导致分子的轴向变化即其构象变化，则产生减色效应及红移现象，且光谱变化的大小与其结合力相关联，即作用越强减色效应越明显；如导致ＤＮＡ双螺旋结构的破坏，则产生增色效应ＨＪ。增色效应说明配合物可能与其腺嘌呤碱基嵌入到ＤＮＡ双螺旋碱基对间，引起构成碱基堆积力的疏水作用力和范德华力的相应改变，影响了ＤＮＡ构象与结构的稳定。

２．２

研究ＤＮＡ对金属配合物紫外光谱的影响

许多金属配合物具有吸收谱带，可以根据其与ＤＮＡ相互作

用前后紫外吸收谱带的变化对二者相互作用模式进行判断，这也是目前普遍采用的研究方法，现重点介绍如下：２．２．１配合物与ＤＮＡ相互作用方式的判断

对于金属配合物等分子的特征吸收谱带，加入ＤＮＡ后，如该分子与ＤＮＡ发生插入作用，则该分子的电子吸收光谱的吸收峰位置红移，强度减小¨Ｊ。产生这种现象的原因在于插入配体与ＤＮＡ碱基对可发生盯电子堆积，作用配体的盯４空轨道与碱基的盯电子轨道发生偶合，使能级下降，从而导致盯一盯４跃迁能减小，产生红移现象；同时，偶合后的盯４轨道因部分填充电子，使盯一盯４跃迁几率减小，产生减色效应。研究表明，小分子与ＤＮＡ键合常会诱发许多生物效应，含杂环的配合物与ＤＮＡ作用时，平面芳香配体部分嵌入到ＤＮＡ相邻碱基对之间。这一插入作用是药物分子与ＤＮＡ结合的一个重要模式，而且金属插入剂是这种结合模式极有用的探针。对插入剂本身而言，由于金属、配体可以改变，因而对试剂结构的设计具有广泛的灵活性。金属插入剂有的是依靠外形选择的，典型例子如△一［Ｒｈ（ＤＰＢ）：ｐｌｌｉ］”（ｐｈｉ＝菲醌二亚胺）；有的依靠氢键以及范德华力作用于ＤＮＡ的大沟区，大多数金属铑与胺类配体的配合物属于此类；而以Ｒｈ（ｐｈｅｎ）：ｐｈｉ”为母体的一系列带有胍基的衍生物则同时兼备外形选择和氢键、范德华力作用，因此也是高选择性和结合性好的一类金属嵌入剂‘６Ｉ。

如果配合物与ＤＮＡ发生静电作用或沟槽作用，则该配合物紫外可见吸收光谱峰将不产生红移（或出现较小的红移，忽略不计），且减色效应不明显¨Ｊ。ｃ．Ｆ．Ｚｈｏｕ研究了钻配合物

Ｃｏ（ｂｐｙ）；＋一６一ＭＰ与ＤＮＡ的相互作用，发现该配合物与ＤＮＡ

相互作用后紫外吸收减色但没有红移，这是由于该配合物与ＤＮＡ发生静电作用引起的ｏ“。Ｚ．Ｑ．Ｌｉｕ研究发现与ＤＮＡ以沟槽模式相结合的一维配合物［Ｃｕ４（ｄｍａｐｏｘ）：（ＳＣＮ）。（ＣＨ３ＣＨ２０Ｈ）２］。 ２ｎＣＨｓＣＨ２０Ｈ与ＤＮＡ相互作用后紫外吸收也发生了减色未红移的现象¨Ｊ。

配合物与ＤＮＡ发生其它相互作用时，其紫外光谱中会产生不同的变化。Ｒ．ＳｅｎｔｈｉｌＫｕｍａｒ等研究钻配合物ｃｉｓ一［Ｃｏ（ｂｐｙ）２（ＢＰＥＩ）Ｃ１］ｃ１２ ４心０与小牛胸腺ＤＮＡ的相互作用发现，随着ＤＮＡ的加入，配合物的紫外吸收呈现出明显的增色效应，推断两者间发生了氢键作用归Ｊ。配合物与ＤＮＡ之间的相互作用模式随着条件的改变也会发生不同的变化。Ｑ．Ｑ．Ｚｈａｎｇ课题组合成并表征了一个三元铜配合物［ｃｕ２（ＤＬ—Ａｓｐ）（ｐｈｅｎ）３］Ｓ０４ ４心０，并研究了该化合物与ＤＮＡ的相互作用。配合物与ＤＮＡ开始相互作用时，紫外吸收明显减色且红移，但随着ＤＮＡ浓度逐步增加，配合物紫外吸收在减色到一定程度后又开始增色，并且增色后的紫外吸收远大于配合物的原始紫外吸收。说明ＤＮＡ浓度较低时，该配合物与ＤＮＡ以插入作用为主，但ＤＮＡ浓度较高时，两者间发生了氢键作用，从而使配合物紫外吸收呈现先减色后增色的现象‘１０］。

万方数据

为了准确表达配合物与ＤＮＡ相互作用的强度，我们可以根据公式求的两者间的结合常数（玩）。小分子化合物与ＤＮＡ相互作用的结合常数与其紫外吸收间符合以下公式ｕ“：

［ＤＮＡ］／（８Ａ一８Ｆ）＝［ＤＮＡ］／（８Ｂ一８Ｆ）＋１／蠡，ｂ（８Ｂ一８Ｆ）公式中８。任意ＤＮＡ浓度下溶液的摩尔消光系数、８，为自由配合物的摩尔消光系数、８。是配合物被ＤＮＡ完全键合时的摩尔消光系数。由［ＤＮＡ］／（８。一８，）对［ＤＮＡ］作图，得出斜率和截据，斜率和截距之比即结合常数（玩）。结合常数的大小反映配合物与ＤＮＡ间相互作用的强弱，经典的ＤＮＡ插入剂与ＤＮＡ相互作用的结合常数可达到１０６（如ＤＮＡ插入剂溴化乙锭ＥＢ与ＤＮＡ结合常数为１．４×１０６Ｍ。１）。３

结论

总之，紫外光谱法作为一种简单、实用而准确的研究配合物与ＤＮＡ相互作用的方法，在该领域的研究中发挥着重要的作用，它不仅能够判断配合物与ＤＮＡ的作用方式，还能够提供两者间作用强度信息。但我们也清楚的看到，紫外光谱在研究配合物与ＤＮＡ相互作用中也有一定的局限性：如对于某些没有紫外吸收的配合物，在应用此方法时就受到一定的限制；紫外光谱法在判断静电或沟槽作用时还不够明确等。金属配合物与ＤＮＡ间的相互作用非常复杂，一般来说两者之间不会只存在一种单一的作用，而是几种作用共同作用的结果，要想准确判断配合物与ＤＮＡ相互作用的方式及其作用强度，还需要用多种方法共同研究。

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（上接第９页）

３

结语

氨基取代的喹唑啉类化合物是一类优良的抗肿瘤药剂，该

类药物研究开发活跃，临床使用的药物也很多，在肿瘤治疗中发挥着重要的作用。随着纳米分子医学和分子生物学技术的迅猛发展，以及对肿瘤发病机制和抗肿瘤作用机制的不断了解，开展抗肿瘤药物的分子设计，将会出现越来越多、更为有效的氨基取代的喹唑啉类药物应用于临床，造福人类。

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ｈｉｂｉｔｏｒ，ＧＷ２０１６，ｏｎｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆ

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ｖｉｖｏ［Ｊ］．ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣａｎｃｅｒＴｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ，

２００１，１（２）：８５—９４．［１４］Ｗｉｌｌｉａｍｓ

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Ｃｌｉｎｉｃａｌ

ＣａｎｃｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，１０（２４）：８５８７—８５９３．

［１５］

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Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｎｄ

Ｒａｄｉｏｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，２０００，４３（１２）：１１８３—１１９１．

［１６］Ｍａｔｈｅｓｏｎ

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ＪｏｕｒｍａｌｏｆＰｈａｒｍａｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ，２００１，２９６

（３）：８３２—８４０．［１７］

ＯｒｔｕＧ，ＢｅｎＤＬ，ＲｏｚｅｎＹ，ｅｔ

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Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣａｎｃｅｒ，２００２，１０１（４）：３６０—３７０．

［１８］

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［１９］

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ｖｉｒａｌａｇｅｎｔｓ［Ｊ］．Ａｒｓｎｅｉｍｉｔｔｅｌ—Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇ，２００３，５３（３）：２０６－２１３．

［２０］ＺｈａｎｇＹＤ，Ｃｈｅｎ

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［Ｊ］．ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌ

ｏｆＭｅｄｉｃｉｎａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００９，４４：４４８－４５２．

紫外光谱 应用

紫外光谱在研究金属配合物与DNA相互作用中的应用

作者：作者单位：

高婷， 张万举， 王芳， 张海滨， 张伟， GAO Ting， ZHANG Wan-ju， WANG Fang， ZHANGHai-bin， ZHANG Wei

高婷,张万举,张海滨,张伟,GAO Ting,ZHANG Wan-ju,ZHANG Hai-bin,ZHANG Wei(黄冈师范学院化学与应用化学学院,湖北,黄冈,438000)， 王芳,WANG Fang(黄冈师范学院计算机科学与技术学院,湖北,黄冈,438000)

广州化工

GUANGZHOU CHEMICAL INDUSTRY2010,38(5)

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

参考文献(11条)

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