含芳胺及二肽的銅ギ配合物的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用

傅夏兵 林子華 樂學義＊,,2

(1華南農(nóng)業(yè)大學理學院應(yīng)用化學系，廣州 510642)

(2華南農(nóng)業(yè)大學生物材料研究所，廣州 510642)

銅作為生物正常生長發(fā)育必需的微量金屬元素，具有固定的環(huán)境，可與蛋白質(zhì)結(jié)合形成銅蛋白或含銅酶，參與生物體內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移、氧的輸送、底物的生物氧化還原反應(yīng)，另外還具有調(diào)節(jié)體內(nèi)鐵的吸收，血紅蛋白合成以及形成皮膚、頭發(fā)和眼睛的色素等功能，在生物體中起著十分重要的作用[1]。芳胺具有生物分子中咪唑、嘌呤堿和嘧啶堿等配位基團類似的配位性質(zhì)，并且本身具有抗菌、抗癌等生物活性，常常選作金屬酶及蛋白等模型化合物的有效配體[2-5]。二肽為重要的生物分子，具有優(yōu)良的生理活性和營養(yǎng)作用[6-11]，同時還具備良好的吸收性，作為配體不僅易于構(gòu)建酶活性中心的微環(huán)境，提高配合物的生物活性，而且有助于增大配合物在液體環(huán)境中的溶解性，提高生物利用率，降低毒副作用[12-15]。

基于上述原因，國內(nèi)外學者設(shè)計合成了系列含芳胺及二肽的銅ギ配合物并深入研究了這些配合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用等。研究發(fā)現(xiàn)，此類配合物對DNA具有良好的插入切割作用，有望作為新型的DNA切割試劑、DNA結(jié)構(gòu)探針和DNA足跡試劑；對超氧陰離子自由基(O2-·)具有較好的催化歧化作用，可作超氧化物歧化酶模擬物，有望作為植物生長抗逆增產(chǎn)劑；對拓撲異構(gòu)酶表現(xiàn)出較好的催化抑制作用，有望作為酶靶點的新型抗腫瘤藥物。因此，對含芳胺及二肽的銅ギ配合物進行研究不僅具有理論意義而且應(yīng)用前景廣闊。本文結(jié)合本課題組近年來的研究工作綜述了國內(nèi)外對含芳胺及二肽的銅ギ配合物的研究，著重介紹該類配合物的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用等。

1 含芳胺及二肽的銅ギ配合物的結(jié)構(gòu)

自Bell等[16]1969年合成出以imidazole為芳胺配體，Gly-Gly為二肽配體的首個含芳胺及二肽的銅ギ配合物以來，國內(nèi)外學者利用溶劑揮發(fā)法、液相擴散法及重結(jié)晶等各種方法合成了系列含芳胺及二肽的銅ギ配合物，并通過元素分析(EA)、紅外光譜(IR)、紫外可見光譜(UV-Vis)、電子自旋諧振光譜(ESR)、電子順磁共振光譜(EPR)、X-射線單晶衍射等方法對這些配合物進行了組成及結(jié)構(gòu)研究。已合成的含芳胺及二肽的銅ギ配合物如表1所示。

表1 已合成的含芳胺及二肽的銅ギ配合物及其幾何構(gòu)型Table 1 Synthesised copperギcomplexes containing aromatic amine and dipeptide and their molecular geometry

續(xù)表1

表1中含芳胺及二肽的銅ギ配合物分子中芳胺配體的分子結(jié)構(gòu)式如Scheme 1所示。

研究表明，含芳胺及二肽的銅ギ配合物常見的分子結(jié)構(gòu)類型有平面四邊形、變形四面體、變形四方錐和雙核結(jié)構(gòu)等。

1.1 平面四邊形結(jié)構(gòu)

郭秀英、王鳳山[17]應(yīng)用重結(jié)晶法由甘二肽、Cu-Cl2·2H2O和咪唑合成了配合物[Cu(Gly-Gly)(im)]。X-射線單晶衍射測定結(jié)果表明，甘二肽中的氨基N原子、酰胺N原子和羧基O原子與中心Cuギ離子多齒螯合配位，咪唑環(huán)上的N原子側(cè)接配位，從而形成了四配位的平面四邊形結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，中心Cuギ離子位于四邊形平面之下，其鍵長和鍵角數(shù)據(jù)表明四個配位原子所構(gòu)成的平面四邊形發(fā)生了一定程度的扭曲，推測這是由于酰胺中的O原子和羧基中的羰基O原子間的靜電作用和空間效應(yīng)引起的。Garcia-Raso等[18]運用結(jié)晶法合成了配合物[Cu(Gly-Gly)(bzim)]·3H2O，X-射線單晶衍射測定結(jié)果表明該配合物分子中二肽平面與咪唑環(huán)平面之間存在一個二面角(19.0°)，而具有變形平面四邊形配位結(jié)構(gòu)(圖 1)。

Garcia-Raso等[19]在研究配合物Cu(Gly-Gly)(bzim)]·3H2O的基礎(chǔ)上合成了配合物[Cu(Gly-L-Tyr)(bzim)]·H2O 和[Cu(L-Ala-Gly)(bzim)]·3H2O。ESR 和 X-射線單晶衍射研究表明這2個配合物亦具有上述類似的變形平面四邊形結(jié)構(gòu)。值得注意的是，在配合物[Cu(Gly-L-Tyr)(bzim]·H2O 的分子結(jié)構(gòu)中(圖 2)，苯并咪唑與二肽部分不呈共平面排布，而配合物[Cu(LAla-Gly)(bzim)]·3H2O 的分子結(jié)構(gòu)中(圖 3)，苯并咪唑與二肽部分之間扭轉(zhuǎn)角較小，近似共平面排布，前者扭曲不共面可以促成苯并咪唑的C-H與二肽部分Tyr氨基酸殘基的苯環(huán)之間的CH…π共軛作用，同時還可以消除苯并咪唑的C-H與二肽部分的羧基O之間的C-H…O氫鍵作用，后者共平面可促成分子內(nèi)的氫鍵作用C(13)-H…O(10)，均有助于提高配合物的穩(wěn)定性。

Reddy等[20]運用電位滴定、1H NMR光譜和電子光譜法研究了配合物[Cu(His-Leu)(Hist)]、[Cu(His-Ala)(Hist)]和[Cu(His-Gly)(Hist)]，結(jié)果表明這 3個配合物均具有N4型的平面四邊形構(gòu)型,即Hist中咪唑基的1個N原子和氨基N原子，以及二肽咪唑基的1個N原子和氨基N原子分別位于分子平面上與中心離子Cuギ配位。

Sugimori等[21]合成的配合物[Cu(L-Tyr-Gly)(im)]，Li等[22]合成的配合物[Cu(Gly-Gly)(2-mebzim)]·3H2O，以及 Marzilli等[23]合成的配合物[Cu(Gly-Gly)(7，9-dimehypox)]·4H2O通過X-射線單晶衍射測定發(fā)現(xiàn)均具有變形平面四邊形結(jié)構(gòu)。Patil等[24]與Nair等[25]分別運用X光吸收光譜(XAS)和電位滴定研究了系列含芳胺及二肽的銅ギ配合物，初步推測也具有此類的變形平面四邊形結(jié)構(gòu)。

此外，Sugimori等[21]研究發(fā)現(xiàn)配合物[Cu(im)2(LTyr-Gly))、[Cu(im)2(Gly-Gly)]亦具有變形平面四邊形結(jié)構(gòu)，不同之處在于L-Tyr-Gly、Gly-Gly類似于氨基酸，以其氨基N原子、羧基的一個O原子與中心Cuギ離子配位。

1.2 變形四面體結(jié)構(gòu)

Reddy 等[26]通過結(jié)晶法由 CuCl2、phen、His-Leu/His-Ser 合 成 了 配 合 物[Cu(His-Leu)(phen)]·Cl、[Cu(His-Ser)(phen)]·Cl，通過 EA、IR、UV-VIS、MS 等方法對配合物的結(jié)構(gòu)進行了探究，并運用分子力學的化學計算獲得了配合物的最低能量結(jié)構(gòu)(圖4)，實驗數(shù)據(jù)與理論計算表明上述2個配合物均具有變形四面體結(jié)構(gòu)，其中His-Leu/His-Ser的氨基N原子、咪唑基N原子和phen的2個N原子分別與中心Cuギ配位，且4個配位原子非共面排布。值得注意的是，這種配位方式與含芳胺及二肽的銅ギ配合物常見的變形四方錐、平面四邊形等配位方式大不相同，His-Leu/His-Ser二肽配體充當1個二齒配體，且參與配位的原子并不是常見的氨基氮原子和羧基氧原子，而是二肽的氨基氮原子和His側(cè)鏈咪唑基的氮原子。

1.3 變形四方錐結(jié)構(gòu)

綜合數(shù)十種含芳胺及二肽的銅ギ配合物X-射線單晶衍射測定解析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)五配位的變形四方錐構(gòu)型是該類配合物分子中銅ギ離子最典型的配位結(jié)構(gòu)。

Garcia-Raso等[27]應(yīng)用溶劑揮發(fā)法合成了配合物[Cu(L-Ala-Gly)(phen)]·3．5H2O、[Cu(L-val-Gly)(phen)]和[Cu(Gly-L-Trp)(phen)]·2H2O，X-射線單晶衍射結(jié)果表明均具有變形四方錐配位結(jié)構(gòu)(圖5)，中心Cuギ離子與phen的1個N原子，及二肽部分的氨基N原子、酰胺N原子和羧基O原子配位形成四方錐的底面，而phen中另1個N原子占據(jù)四方錐頂點位置。并且發(fā)現(xiàn)，3個配合物中phen和Cuギ-二肽部分幾乎均是呈正交的，但配合物[Cu(L-Ala-Gly)(phen)]·3．5H2O、[Cu(Gly-L-Trp)(phen)]·2H2O 中 N(5)-Cu-N(33)鍵角均小于100°，而配合物[Cu(L-Val-Gly)(phen)]中此鍵角接近108°，這種差別可能是由二肽部分N端氨基酸殘基側(cè)鏈的空間位阻(L-val＞L-ala，gly)導致的。

Sugimori等[21]合成了系列具有此類結(jié)構(gòu)的配合物，并且發(fā)現(xiàn)配合物[Cu(L-Tyr-Gly)(phen)]·3H2O(圖6)分子中Cuギ-二肽部分與phen近似正交，中心離子Cuギ向頂點N4偏離配位平面，L-Tyr-Gly中的苯環(huán)側(cè)鏈近似垂直于配位平面，與phen之間形成面-面芳環(huán)堆積作用，使得配合物能夠穩(wěn)定存在。

近年來，本課題組合成了系列含芳胺及二肽的銅ギ配合物[28-33]，并通過 EA、IR、UV-Vis、摩爾電導率、以及X-射線單晶衍射對這些配合物進行了表征，結(jié)果表明均具有類似于配合物 [Cu(Gly-β-Ala)(Tatp)]·2H2O[32-33](圖7)N4O型的變形四方錐構(gòu)型。其中Phen/Tatp/DPPZ(N，N)中的1個N原子與二肽(N，N，O)在四方錐底面上與中心Cuギ離子配位，另一個N原子位于頂點位置參與配位。

Srivastava課題組[34-35]合成的系列此類配合物、Lim 等[36]合成的配合物[Cu(Gly-Gly)(phen)]·3H2O(圖8)、Simmons 等[37]合 成 的 配 合 物 [Cu(Gly-Gly)(2，9-dimethyl-phen)]·5H2O，以及 Akira 等[38]合成的[Cu(Gly-Tyr)(bzp)]，均具有與本課題組所研究配合物相類似的變形四方錐構(gòu)型，并發(fā)現(xiàn)相關(guān)鍵長和鍵角均相近。

Srivastava課題組[39]合成了系列含咪唑及二肽的銅ギ配合物，研究發(fā)現(xiàn)具有上述類似的變形四方錐結(jié)構(gòu)，不同的是配合物分子中咪唑類芳胺配體為單齒配體和二肽(N，N，O)與中心Cuギ離子配位，構(gòu)成四方錐的底面，而軸向配位則為水分子。

Yajima等[40]合成了系列具有變形四方錐配位結(jié)構(gòu)的含芳胺及二肽的銅ギ配合物，并且發(fā)現(xiàn)這類配合物的穩(wěn)定性與[Cu(Gly-Gly)(DA)]相當，推斷這與配合物分子中芳胺配體的芳環(huán)與二肽氨基酸殘基上的苯環(huán)之間的堆積等非鍵作用有關(guān)。如在配合物[Cu(Gly-L-Tyr)(bzp)]分子結(jié)構(gòu)(圖 9)中，Gly-L-Tyr 中的苯環(huán)向中心銅彎曲以靠近bzp的吡啶環(huán)，形成分子內(nèi)的芳環(huán)邊-面堆積作用；配合物 [Cu(Gly-L-Tyr)(bzmp)]分子結(jié)構(gòu)(圖 10)中，Gly-L-Tyr中的苯環(huán)向中心銅傾斜以接近6-甲基吡啶環(huán)的甲基，形成分子內(nèi)的CH-π共軛作用。

Reddy等[41]合成的配合物[Cu(Trp-Phe)(phen)(H2O)]·ClO4和[Cu(Trp-Phe)(bpy)(H2O)]·ClO4， 通 過EA、IR、UV-Vis、MS、EPR、磁性測定等方法初步推測為變形四方錐配位結(jié)構(gòu)，并且通過最低能量構(gòu)象分析得到了進一步證實。如在配合物 [Cu(Trp-Phe)(phen)(H2O)]·ClO4分子結(jié)構(gòu)(圖 11)中，phen(N，N)和Trp-Phe(氨基N，羧基O)與中心Cuギ離子配位形成四方錐的底面，水分子參與頂點配位，二肽類似于氨基酸以二齒配體形式參與配位。這種特殊的配位方式促使軸向配位H2O與配合物分子中的氨基N原子和羧基O原子形成分子內(nèi)氫鍵，同時存在分子內(nèi)phen與吲哚環(huán)之間芳環(huán)堆積作用使得與近年來本課題組合成并研究的系列含芳胺及L-α-氨基酸銅ギ配合物[42-46]的結(jié)構(gòu)相似。

Liu等[47]應(yīng)用單晶結(jié)構(gòu)測定研究了配合物[Cu(Gly-Gly)(ambzim)(H2O)]Cl·H2O，結(jié)果表明二齒芳胺配體 ambzim(N，N)與 Gly-Gly(氨基 N，酰胺 O)占據(jù)赤道平面，水分子位于軸向配位形成變形四方錐結(jié)構(gòu)(圖12)。尤為引人注意的是，與含芳胺及二肽的銅ギ配合物不同，Gly-Gly作為二齒配體參與配位，且配位原子為氨基N和酰胺O，這可能與Gly-Gly(氨基N，酰胺O)和ambzim(N，N)之間位阻較小而易共平面有關(guān)。

此外，Sigel等[48-50]運用電位滴定法研究了系列含芳胺及二肽的銅ギ配合物，初步推測這些配合物分子也具有變形四方錐配位結(jié)構(gòu)。

1.4 雙核結(jié)構(gòu)

Nakao等[51]在堿性條件下合成了配合物[Cu2(Gly-Gly)2(im)]和[Cu2(Gly-β-Ala)2(im)]，Matsumoto 等[52]制得了配合物Na[Cu2(Gly-Gly)2(im)]·6H2O。X射線單晶衍射測定表明，這些配合物是以咪唑為橋的雙核配合物，雙核均為平面四邊形構(gòu)型，二肽(N，N，O)和咪唑基中1個N原子參與配位。1984年，Srivastava課題組[53]利用IR、電子光譜、EPR等方法研究了系列含芳胺及二肽的銅ギ配合物，結(jié)果表明2個中心Cuギ離子均為變形四方錐配位結(jié)構(gòu)，之間以咪唑基橋聯(lián)，二肽(N，N，O)和咪唑基中1個N原子與中心Cuギ離子配位構(gòu)成四方錐底面，水分子則軸向配位。Mori等[54]同樣在堿性溶液中合成并研究了以吡唑基為橋聯(lián)的雙核配合物Ca[Cu2(Gly-Gly)2(pz)]·8H2O和Ca[Cu2(Gly-Gly)2(3-mepz)]·8H2O。王鳳山等[55]合成了以Gly-GlyO為橋聯(lián)基的新型雙核銅配合物[Cu2(Gly-Gly)(2，2′-bpy)3]·(NO3)3(圖 13)。 結(jié)構(gòu)研究表明，2個中心Cuギ離子的配位方式不同，其中Cu1具有平面正方形配位結(jié)構(gòu)，2，2′-bpy(N3，N4)與 Gly-GlyO(N1,O1)構(gòu)成赤道平面；而Cu2則具有變形三角雙錐配位結(jié)構(gòu)，2個2,2′-bpy(N5和N6,或N7和N8)及Gly-Gly的O2參與配位成鍵。

郭秀英等[56]合成了雙核配合物[Cu2(Gly-Gly)2(4，4′-bpy)(OH)2]·10H2O， 結(jié)構(gòu)測定表明 2 個核均具有變形四方錐結(jié)構(gòu)(圖14)。研究發(fā)現(xiàn)，Cu1與N1-N2-O1-N3錐底及Cu2與N4-N5-N6-O4錐底均不共面，2 個錐底面與中繼基 4，4′-bpy(N3，N4)所在的平面互相錯開，與王鳳山等[57]研究的配合物[Cu2(Gly-Gly)2(4，4′-bpy)(OH)2]·9H2O 結(jié)構(gòu)相似。 Lou 等[58-59]合成的配合物[Cu2(Ala-Gln)2(4，4′-bpy)(H2O)2]·8H2O 和[Cu2(Gly-Ala)2(4，4′-bpy)(H2O)2]·8H2O 也具有類似的結(jié)構(gòu)(圖15)，不同之處在于軸向配位的是游離水而不是羥基OH。

最近，Tabassum等[60]合成了以哌嗪為橋基的新雙核配合物[Cu2(Gly-Gly)2(ppz)(H2O)4]·2H2O，結(jié)構(gòu)研究表明2個核均具有變形八面體構(gòu)型,Gly-Gly(N，N，O)和ppz的一個N原子與中心Cuギ離子配位構(gòu)成八面體的分子平面，2個水分子分別位于軸向配位。

1.5 配合物分子結(jié)構(gòu)的影響因素

通常情況下，影響配合物分子結(jié)構(gòu)的因素有配體、銅鹽陰離子及酸堿性環(huán)境。綜合上述結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)芳胺配體、二肽配體及酸堿性環(huán)境對配合物的分子結(jié)構(gòu)均有影響，而銅鹽陰離子由于幾乎不參與配位且形成的配合物一般為非電解質(zhì)，因而不影響配合物的分子結(jié)構(gòu)。

芳胺配體對配合物分子結(jié)構(gòu)影響較大。芳胺通常通過配位鍵及反饋鍵與Cuギ離子配位，配位能力較二肽、水分子及銅鹽陰離子強，且導致Cuギ中心上電子云密度發(fā)生變化，而變化大小將影響水分子能否參與配位及配位作用大小[66]，如Tatp/DPPZ/bzp所形成的配合物均為水分子不參與配位的變形四方錐結(jié)構(gòu)[28-33,40]，而im/pz/bpy/Phen/ambzim配合物的結(jié)構(gòu)較為多變，且通常有水分子參與配位[26,41,47,51-54]。二肽配體結(jié)構(gòu)對配合物的結(jié)構(gòu)也有一定影響，如Gly-Gly/L-Ala-Gly/L-Val-Gly/Gly-L-Trp/L-Tyr-Gly/Gly-L-Tyr等大多數(shù)二肽通常以三齒配體參與配位[17-19,21,27,38,40]，而Trp-Phe為二齒配體[41]，這可能主要歸因于后者結(jié)構(gòu)中芳環(huán)側(cè)鏈的立體效應(yīng)不利于酰胺氮與中心Cuギ離子配位(圖 11)。 另外，His-Leu/His-Ser／His-Ala/His-Gly均以二齒配體配位[20,26]，可能主要歸因于側(cè)鏈咪唑基氮配位能力較強并存在一定的空間位阻，從而形成四面體結(jié)構(gòu)的配合物。

另外，配合物合成過程所處的酸堿性環(huán)境不同，配合物的分子結(jié)構(gòu)也會有較大差異。郭秀英、王鳳山[17]等在中性條件下合成的配合物[Cu(Gly-Gly)(im)]為平面四邊形結(jié)構(gòu)，而Nakao等[51]和Matsumoto等[52]在堿性條件下合成的配合物[Cu2(Gly-Gly)2(im)]、Na[Cu2(Gly-Gly)2(im)]·6H2O為雙核結(jié)構(gòu)，這歸因于中性條件下im為單齒配體，而堿性條件下咪唑氮上的氫可游離出來變?yōu)槎X配體。

2 含芳胺及二肽的銅ギ配合物的應(yīng)用

研究含芳胺及二肽的銅ギ配合物不僅具有理論意義，而且潛在著廣闊的應(yīng)用前景。研究表明，這類配合物具有良好的DNA切割活性、SOD活性和抗腫瘤活性，可作化學核酸酶、SOD模擬物和腫瘤化療藥物等。

2.1 化學核酸酶

化學核酸酶可用作DNA切割試劑、DNA結(jié)構(gòu)探針和DNA足跡試劑以及腫瘤治療藥物等，通過研究金屬配合物與DNA的作用，對設(shè)計、合成新型化學核酸酶具有重要理論意義和廣闊應(yīng)用前景。

2003年，Garcia-Raso等[27]應(yīng)用凝膠電泳法、原子力顯微鏡法研究了系列含芳胺及二的肽銅ギ配合物對DNA的裂解作用 (圖16)。結(jié)果表明：配合物[Cu(Gly-L-Trp)(phen)]·2H2O能夠?qū)?pBR322質(zhì)粒DNA裂解為粉末，表現(xiàn)出良好的核酸酶活性；配合物[Cu(L-Val-Gly)(phen)]使DNA超螺旋化，且可能表現(xiàn)出弱核酸酶活性；而配合物[Cu(L-Ala-Gly)(phen)]·3．5H2O只使DNA聚集并不表現(xiàn)出核酸酶活性。同時推測這些配合物切割DNA作用可能與形成[Cu(phen)2]+有關(guān)。

2004 年，Reddy 課題組[20]通過 UV-Vis、熒光光譜、凝膠電泳等方法研究了配合物 [Cu(His-Leu)(Hist)]、[Cu(His-Ala)(Hist)]、[Cu(His-Gly)(Hist)]與 DNA的相互作用。結(jié)果表明，這些配合物可能以插入方式與DNA作用并且表現(xiàn)出良好的核酸酶活性。

2007 年，Reddy 課題組[26]采用 UV-Vis、熒光光譜、熱變性等方法又研究了配合物 [Cu(His-Leu)(phen)]·Cl、[Cu(His-Ser)(phen)]·Cl與 DNA 的結(jié)合作用，并通過凝膠電泳法研究了配合物對DNA的切割作用。DNA熱變性研究發(fā)現(xiàn)，配合物與DNA作用后，DNA的熔點升高了5～6℃，由此推測先是帶正電的配合物與帶負電的DNA磷酸骨架之間靜電相互作用，然后與DNA進行插入作用，與UV-VIS和熒光光譜研究結(jié)果一致。熒光斯卡恰特圖(圖17)進一步證實了配合物以插入模式與DNA作用。切割實驗表明配合物均具有核酸酶活性，且 [Cu(His-Ser)(phen)]·Cl的切割活性稍大于[Cu(His-Leu)(phen)]·Cl，由此推測這與配合物[Cu(His-Ser)(phen)]·Cl中額外存在的Ser-OH有關(guān)。2011年Reddy課題組[41]研究了配合物[Cu(Trp-Phe)(phen)(H2O)]·ClO4和[Cu(Trp-Phe)(bpy)(H2O)]·ClO4與DNA之間的相互作用，也獲得了類似的結(jié)果。

近年來，本課題組[30-32]通過電子吸收光譜、熒光光譜、粘度測定及凝膠電泳等方法研究了系列含芳胺及二肽的銅ギ配合物與DNA之間的相互作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作用強度隨芳胺芳環(huán)增大而增強，隨配合物空間位阻增大而減弱，由此推測這些配合物以插入方式與DNA作用。凝膠電泳結(jié)果(圖18)表明，配合物在抗壞血酸存在下表現(xiàn)出較高核酸酶活性，并且其切割活性相對大小與其插入作用大小一致，說明配合物對DNA的切割作用與其插入作用有關(guān)。另外，DNA切割機理研究結(jié)果(圖19)表明配合物是通過自由基對DNA進行切割的，推測這種作用與配合物具有SOD活性，通過氧化還原反應(yīng)生成羥基自由基(·OH)進而氧化切割DNA有關(guān)，其作用機理如下：首先，配合物([CuⅡ]表示)被還原劑Vit C還原為[CuⅠ]；然后，[CuⅠ]與 DNA 作用生成[CuⅠ]-DNA，[CuⅠ]-DNA中Cuガ離子能激活空氣中O2產(chǎn)生超氧陰離子自由基，而配合物具有超氧化物歧化酶(SOD)活性，能快速催化發(fā)生歧化反應(yīng)生成H2O2；最后，產(chǎn)生的H2O2能被還原劑([CuⅠ]-DNA中Cuガ或)還原產(chǎn)生羥基自由基·OH，該活性氧進攻并最終切割DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。

此外，2012年Tabassum等[60]應(yīng)用多種光譜方法研究了配合物[Cu2(Gly-Gly)2(ppz)(H2O)4]]·2H2O與DNA的體外相互作用。結(jié)果表明該配合物能夠強烈的與DNA進行結(jié)合，隨之切割。并且由此推測該配合物是以混合模式與DNA結(jié)合，即結(jié)合過程中插入結(jié)合與小溝結(jié)合可能同時存在，但以小溝結(jié)合為主。

2.2 SOD模擬

超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，簡稱SOD)是一類廣泛存在于生物體內(nèi)的重要金屬酶[67-68]，不僅具有防輻射、抗衰老、消炎、抑制腫瘤和癌癥等功能作用，同時也能提高植物的抗旱撈、抗鹽堿、抗寒和抗病蟲害能力[69]，在醫(yī)學、食品、化妝品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，天然SOD存在著分離提純工藝復雜、價格昂貴、存活期短，易失去活性、分子量大，不易透過生物膜，生物利用率低等不足之處，其應(yīng)用范圍受到極大的限制。 因此，研究既能避免天然SOD不足，又具有SOD活性的物質(zhì)SOD模擬物已成為當今化學生物學界重要的研究課題[70-74]。

近年來，本課題組[28-29,33]應(yīng)用改進的氯化硝基四氮唑藍光照還原法研究了含芳胺及二肽的銅ギ配合物：[Cu(Gly-Gly)(Dppz)]·2H2O、[Cu(Gly-Gly)(Tatp)]·2H2O、[Cu(Gly-Gly)(Phen)]·3H2O 和 [Cu(Gly-β-Ala)(Tatp)]·2H2O的SOD活性，發(fā)現(xiàn)這些配合物對O2-·的半抑制率IC50分別為 0.522、0.504、0.407和0.367 μmol·L-1，對應(yīng)的表觀催化速率常數(shù)KQ值為1.08×107、1.11×107、1.20×107和 1.53×107mol-1·L·S-1，由此推測這些配合物具有良好的超氧化歧化酶 (SOD)活性。對比他人研究結(jié)果(表2)發(fā)現(xiàn)，上述具有N4O型變形四方錐配位結(jié)構(gòu)配合物的SOD活性較平面四邊形、三角雙錐形、八面體形等配位結(jié)構(gòu)配合物要高，這可能主要歸因于這些配合物在水溶液中均具有類似于天然SOD活性中心Cuギ的變形四方錐配位結(jié)構(gòu)，具有一個相對柔性的配位環(huán)境，在溶液中易與O2-·作用，Cuギ變形四方錐配位結(jié)構(gòu)與Cuガ變形四面體配位結(jié)構(gòu)容易發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，氧化還原循環(huán)容易進行，因而能較快地催化O2-·歧化分解，顯示出較高的SOD活性。研究還發(fā)現(xiàn)配合物催化O2-·歧化分解的活性隨著多吡啶芳環(huán)配體增大而減小，推測這是因為多吡啶芳環(huán)配體Phen、Tatp和Dppz均為疏水性配體，且其疏水性作用隨著芳環(huán)增大而增強，而疏水作用不利于帶有負電荷的O2-·接近中心銅離子。另外，為了進一步深入研究配合物的SOD活性，應(yīng)用循環(huán)伏安法研究了這些配合物的電化學性質(zhì)，由此進一步證實了這些配合物均具有催化超氧陰離子自由基歧化分解的SOD活性。

表2 幾種不同幾何構(gòu)型的配合物和天然SOD酶的IC50值Table 2 IC50 values of several complexes with different geometry and the native enzyme

此外，本課題組正在對含芳胺及二肽的銅ギ配合物進行深入細致的研究，進一步優(yōu)化其組成與結(jié)構(gòu)，為開發(fā)具有應(yīng)用前景的SOD模擬物提供科學依據(jù)。

2.3 腫瘤化療藥物

自從Rosenberg等[81-82]首次發(fā)現(xiàn)順鉑能抑制細胞生長，具有抗腫瘤活性以來，人們對金屬配合物的抗腫瘤研究就一直沒有中斷，期待發(fā)現(xiàn)療效更高、適用范圍更廣、毒副作用更低、更經(jīng)濟的腫瘤化療藥物品種。 最近，Tabassum 等[60]由 Gly-Gly、Cu(NO3)2和ppz合成了配合物[Cu2(Gly-Gly)2(ppz)(H2O)4]]·2H2O，并且研究了該配合物的生物活性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該配合物對DNA具有氧化切割作用、對拓撲異構(gòu)酶I最小抑制濃度接近12.5μmol·L-1，以及SOD活性的IC50值為 0.086 μmol·L-1(圖 20)。 在此研究基礎(chǔ)上，Tabassum等[61]通過光譜學及分子對接技術(shù)進一步研究了該配合物與人血清白蛋白(HSA)的相互作用和光切割活性，發(fā)現(xiàn)該配合物通過靜電和疏水作用于HSA的214位氨基酸Trp(圖21)，通過羥基自由基對HSA進行光切割，并對不同組織源的人類腫瘤細胞系有著較好的殺傷作用。由此可見，該配合物在抑制腫瘤細胞DNA復制、抑制腫瘤細胞拓撲異構(gòu)酶活性、清除自由基和抗氧化等方面起到很好的作用，有望成為一種新型、有效的腫瘤化療藥物，有關(guān)藥物活體藥理，毒理等試驗有待進一步研究。因此，進一步深入研究含芳胺及二肽的銅ギ配合物的抗腫瘤活性，并深入探究其作用機制，對開發(fā)出新型、低毒、高效的腫瘤化療藥物具有重要意義。

3 研究展望

一直以來，國內(nèi)外學者在含芳胺及二肽的銅ギ配合物的合成、結(jié)構(gòu)表征及其與DNA相互作用研究等方面做了大量工作，但對這類配合物其它的潛在功能，例如SOD模擬、抗腫瘤、抗菌等方面研究甚少，有待于進一步深入研究。未來的研究將傾重于：(1)尋找含芳胺及二肽的銅ギ配合物作用的新靶點，研究其抗腫瘤活性，并深入探究其作用機理。(2)研究此類配合物的抗菌活性，并探索其抗菌機理，為開發(fā)一類新型有機-無機復合抗菌劑提供理論依據(jù)；(3)探究此類配合物SOD活性的構(gòu)效關(guān)系及其抗逆(抗鹽、抗旱等)作用機制，優(yōu)化配合物組成與結(jié)構(gòu)，為研制高效、低毒、綠色的新型植物生長抗逆增產(chǎn)劑及綠色農(nóng)藥提供科學依據(jù)。

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