[Cd(tinc)2·2(H2O)]n配合物的合成、結(jié)構(gòu)及其與DNA的相互作用

王 寧， 高恩軍

(沈陽化工大學(xué) 遼寧省無機(jī)分子基化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)，已被廣泛應(yīng)用于臨床治療，然而其嚴(yán)重的消化道反應(yīng)、腎毒性、骨髓抑制及神經(jīng)毒性也給患者帶來相應(yīng)痛苦.因此具有抗腫瘤作用的新型金屬配合物藥物的發(fā)現(xiàn)與研究顯得尤為重要.正常細(xì)胞發(fā)生癌變一般起因是DNA進(jìn)行快速且無節(jié)制地復(fù)制，故配合物是否可與DNA發(fā)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(jù)，順鉑的作用機(jī)制即為其可抑制DNA的復(fù)制過程[1-2].

含氮羧酸配體具有豐富的配位模式，易形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(fù)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(jié)構(gòu)，借助熒光光譜法及分子對(duì)接研究了其與DNA的相互作用，發(fā)現(xiàn)該配合物與DNA有較強(qiáng)的結(jié)合能力.

1 實(shí)驗(yàn)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(jì)，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(jīng)進(jìn)一步純化；實(shí)驗(yàn)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(tuán).

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?jǐn)嚢韬笾糜?0 ℃烘箱中加熱72 h，緩慢冷卻至室溫得無色片狀晶體.經(jīng)X單晶衍射確定所得晶體是結(jié)構(gòu)為[Cd(tinc)2·2(H2O)]n的化合物.

1.3 熒光猝滅實(shí)驗(yàn)

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(yīng)在Tris-HCl(pH=7.4)緩沖溶液中進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)結(jié)果以490 nm為激發(fā)波長，在520～760 nm波長區(qū)間記錄每組溶液的熒光強(qiáng)度數(shù)值.

1.4 分子對(duì)接研究

分子對(duì)接研究使用分子對(duì)接軟件YASARA完成.對(duì)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(zhuǎn)換而來.DNA分子結(jié)構(gòu)(PDB ID:2MG8)取自蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(protein data bank).

2 結(jié)果與討論

2.1 配合物的結(jié)構(gòu)

配合物[Cd(tinc)2·2(H2O)]n的結(jié)構(gòu)如圖1所示，鎘原子分別與2個(gè)氮原子(分別來自2個(gè)tinc配體)、4個(gè)氧原子(其中2個(gè)分別來自2個(gè)tinc配體，2個(gè)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(gè)以鎘為中心呈中心對(duì)稱的規(guī)則的八面體結(jié)構(gòu).

圖2顯示的配合物的一維鏈狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖3所示，不同鏈狀結(jié)構(gòu)之間以氫鍵相連，為使配合物結(jié)構(gòu)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(huán)境

圖2 配合物一維鏈狀結(jié)構(gòu)

圖3 配合物二維平面結(jié)構(gòu)

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(qiáng)的DNA嵌入劑，其本身熒光強(qiáng)度很弱，但可以插入DNA的堿基對(duì)中形成EtBr-DNA復(fù)合物而產(chǎn)生強(qiáng)熒光[4].通過配合物與EtBr-DNA反應(yīng)后的熒光強(qiáng)度變化即是否發(fā)生熒光猝滅，可判斷配合物是否與EtBr進(jìn)行了競爭替換，從而判斷配合物對(duì)DNA是否有插入作用[5].根據(jù)經(jīng)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(shí)的熒光強(qiáng)度；r為配合物與HS-DNA的濃度比；Ksq為Stern-Volmer猝滅常數(shù)，可定量描述配合物與HS-DNA作用的強(qiáng)弱，Ksq值越大，表示配合物與HS-DNA作用強(qiáng)度越大，結(jié)合能力越強(qiáng)[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(fā)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(qiáng)度呈遞降形勢明顯減弱，表明配合物與HS-DNA發(fā)生了插入作用，導(dǎo)致不同程度熒光猝滅的發(fā)生.由熒光猝滅曲線得Stern-Volmer猝滅常數(shù)Ksq值為0.200(圖5)，表明配合物與HS-DNA有較強(qiáng)的結(jié)合能力.

1.c(配合物)=0 mol·L-1

2.3 配合物的分子對(duì)接研究

分子對(duì)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(jìn)行藥物設(shè)計(jì)的方法，依據(jù)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(duì)接可進(jìn)一步確認(rèn)配合物與DNA的相互作用[12]，對(duì)接結(jié)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(jié)構(gòu)為DNA分子.對(duì)接研究結(jié)果顯示配合物插入于DNA分子中并使其雙鏈打開，進(jìn)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(duì)接

3 結(jié) 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(gòu)型，分別來自于2個(gè)配體的2個(gè)氮原子、2個(gè)氧原子以及2個(gè)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(duì)稱的規(guī)則的八面體結(jié)構(gòu).

(2) 利用配合物與EtBr的競爭實(shí)驗(yàn)確定了其與HS-DNA的作用方式為插入結(jié)合，并借助分子對(duì)接研究進(jìn)一步驗(yàn)證了該配合物與DNA的作用模式，通過熒光猝滅常數(shù)計(jì)算(Ksq=0.200)表明配合物確與DNA有較強(qiáng)的親和作用，可作為潛在的抗癌試劑進(jìn)行進(jìn)一步研究.