FisetinCu&Zn配合物和嘌呤分子相互作用的理論研究

羅冬梅　李雪剛　姚娜　譚冬遠　靳瑞發(fā)　肖文敏　辛景凡　孫菱翎　余杰

摘 要：本文采取量子化學中的DFT（密度泛函）法，用Gauss09程序包優(yōu)化的了Fisetin及Fisetin和Cu2+，Zn2+形成的可能的配合物與嘌呤分子相互作用后的幾何結構.得出相對應的優(yōu)化的之后的結構參數(shù)、相互作用能量等，計算結果顯示，所優(yōu)化的體系均無虛頻，結構穩(wěn)定.所得相互作用能表明，鳥嘌呤（Guanine）與所設計絡合物之間有明顯相互作用.

關鍵詞：Fisetin（漆黃素）;Zn2+，Cu2+;嘌呤;量子化學

中圖分類號：O642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2020）03-0028-05

1 引言

漆黃素（Fisetin，屬于黃酮類化合物的一種，非人工加工過的黃酮化合物類存在生物活性、藥理功能和抗氧化能力，并用于某些疾病的預防及治療，如癌癥，腫瘤等，對于新創(chuàng)造的的藥物的設計有很重要的意義.）[1]是科學家從漆樹木質(zhì)部的一些水提煉物中提取出的，它能夠保護血管、防止脂質(zhì)過氧化.大量的生命必須要含有微量的元素中，Cu2+和Zn2+是不可或缺的，所以其絡合物的一些生理以及藥理作用是我們的研究目標之一[2].Fisetin或者銅的絡合物也同樣能夠呈現(xiàn)出好的抗氧化性或者增強藥性，銅元素是一種常見的微量元素，在呼吸中發(fā)揮著重要作用，在光合作用中同樣的發(fā)揮著作用，而且它在很多的酶中能夠發(fā)現(xiàn)[3].鋅能夠讓我們發(fā)育、提高食欲、增強智力和免疫力，參和體內(nèi)300多種酶和功能蛋白的組成等，食物攝取來源主要為水產(chǎn)品和肉類及谷物.[4]

Fisetin添加到營養(yǎng)補充劑中，有多種藥理作用.同時四類堿基是生命體DNA的組成單元，任何藥理和生理過程都會和其有關[5].黃酮類化合物有一些金屬離子配合物能夠提高藥效而且存在藥理機能，有望為中藥物質(zhì)基礎研究提供一些好的新的途徑，也是Fisetin的一個研究方向和目標[6].本文選取漆黃素分子和Cu2+，Zn2+，按照理論和計算上可能的配合方式，研究設計出三種絡合物，絡合方式為堿基分子采取N或者O原子位置，和絡合物中的金屬離子中心直接接觸，結果表明，只有鳥嘌呤和該類絡合物有明顯相互作用.

2 計算細節(jié)

論文所涉及到的有計算均采用高斯09[7]程序包，在B3LYP[8]水平上完成.非金屬元素C、H和O采用6-31++g**[9]基組，金屬銅、鋅離子采用LANL2DZ[10]基組，得到了全優(yōu)化的的分子、配合物體系以及該配合物體系和四個堿基相互作用體系，能量數(shù)據(jù)，結果表明Fisetin銅、鋅絡合物只對鳥嘌呤有明顯的相互作用.

3 結果和討論

3.1 腺嘌呤絡合體系

由表1知，在2Fisetin-Cu1+-A分子中，結合Cu+之后，Cu+離子和O的鍵長R（O13，Cu）為2.560A，是最長的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu+離子和O的鍵長R（O14，Cu）為2.104A，是最短的鍵，相對穩(wěn)定的.C-N的鍵長R（C63，N75）為1.377A;N-H的鍵長R（H70，N71）為1.040A;C-O的鍵長R（C8，O13）為1.253A.在2Fisetin -Cu2+-A-opt分子中，結合Cu2+之后，Cu2+離子和O的鍵長R（O43，Cu）為2.270A，是最長的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu2+離子和O的鍵長R（O44，Cu）為2.037A是最短的鍵，穩(wěn)定.C-N的鍵長R（C63，N75）為1.348A;N-H的鍵長R（H70，N71）為1.014A;C-O的鍵長R（C8，O13）為1.260A.在2Fisetin-Zn2+-A-opt分子中，結合Zn2+之后Zn2+和O的長R（O43，Zn）為2.164A是最長的鍵，是不穩(wěn)定的，Zn2+和O的長R（O44，Zn）為2.05A，是最短的鍵，是相對穩(wěn)定的.N-H的鍵長R（H70，N71）為1.014A;C-N的鍵長R（C63，N75）為1.363A;N-H的鍵長R（H70，N71）為1.014A;C-O的鍵長R（C8，O13）為1.397A.結合堿基后，2Fisetin-Zn2+-A-op相比較2Fisetin-Cu2+-A-opt，2Fisetin-Cu1+-A的鍵長減小，所以Zn2+結合Fisetin在幾何參數(shù)上看更加穩(wěn)定.

如圖1 Fisetin和Adenine大體上是平面的機構，F(xiàn)isetin和堿基Adenine（腺嘌呤）結合后，Cu+為中心原子，在2Fisetin-Cu+-A-opt中，原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到122.31°變化了2.69°;原Adenine中的鍵角A（C2，C1，C13）由108.26°變化到126.86°變化了21.60°.Fisetin和堿基Adenine（腺嘌呤）結合后，Cu2+為中心原子，在2Fisetin-Cu2+-A-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到122.04°變化了2.44°;原Adenine中的鍵角A（C2，C1，C13）由108.26°變化到121.92°變化了13.67°.Fisetin和堿基Adenine（腺嘌呤）結合后，Zn2+為中心原子，在2Fisetin-Zn2+-A-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到126.86°變化了7.24°;原Adenine中的鍵角A（C2，C1，C13）由108.25°變化到122.62°變化了14.37°說明平面結構被打破.

3.2 鳥嘌呤絡合體系

根據(jù)表3、表4知，在2Fisetin-Cu+-GO-opt分子中，結合Cu之后，Cu+離子和O的鍵長R（O44，Cu）為1.943A，是最長的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu+離子和O的鍵長R（C64，N71）為1.315A，是最短的鍵，是相對穩(wěn)定的.C-N的鍵長R（C64，N72）為1.376A;C-H的鍵長R（C65，H67）為1.082;C-O的鍵長R（C40，O42）為1.382A.在2Fisetin-Cu2+-GO-opt分子中，結合Cu之后，Cu2+離子和O的鍵長R（O13，Cu）為3.658A，是最長的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu2+離子和O的鍵長R（O44，Cu）為1.923是最短的鍵是相對穩(wěn)定的，C-N的鍵長R（C61，N62）為1.451A;N-H的鍵長R（N66，H74）為1.472A;C-O的鍵長R（C38，O43）為1.261A.

在2Fisetin-Zn2-GO-opt分子中，Zn2+和O的長R（O43，Zn）為2.146A是最長的鍵，是不穩(wěn)定的，Zn2+和O的長R（O44，Zn）為2.039A，是最短的鍵，是相對穩(wěn)定的.N-H的鍵長R（H70，N71）為1.042A;C-N的鍵長R（C63，N75）為1.363A;N-H的鍵長R（H70，N71）為1.042A;C-O的鍵長R（C38，O43）為1.272A.結合堿基后，2Fisetin-Cu2+-GO-opt相比較2Fisetin-Cu+-GO-opt，2Fisetin-Zn2+-GO的鍵長減小，所以Cu2+結合Fisetin更加穩(wěn)定.

根據(jù)表5知，如圖所示Fisetin和Guanine大體上是平面的機構，F(xiàn)isetin和堿基Guanine結合后，Cu+為中心原子，在2Fisetin-Cu+-GO-opt中，原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到119.78°變化0.16°;原Guanine中的鍵角A（C2，C1，C4）由118.56°變化到110.464°變化了-8.10°.Fisetin和堿基Guanine結合后，Cu2+為中心原子，在2Fisetin-Cu2+-GO-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到120.47°變化了0.85°;原Guanine中的鍵角A（C2，C1，C4）由118.56°變化到122.62°變化4.06°.Fisetin和堿基Guanine結合后，Zn2+為中心原子，在2Fisetin-Zn2+-GO-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到126.86°變化了7.24°;原Guanine中的鍵角A（C2，C1，C4）由118.56°變化到122.06變化了3.50°則說明平面結構被打破.

通過吉布斯自由能計算相互作用能，公式：

△G=G_com-basic-G_com-G_basic

其中G_com-basic為絡合物與堿基體系的吉布斯自由能，G_com為絡合物的吉布斯自由能，G_basic為堿基分子的吉布斯自由能.結果表明，只有鳥嘌呤的相互作用能為負值，因此為相對穩(wěn)定絡合體系.

4 結語

從銅、鋅的Fisetin絡合物與堿基作用的計算結果知，只有鳥嘌呤的相互作用能為負值，與幾何結構參數(shù)相一致，其他的體系優(yōu)化出的結構相對較為松散.說明鳥嘌呤分子與銅和鋅離子相互作用較強，絡合體系較為穩(wěn)定.

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收稿日期：2019-12-21

基金項目：國家自然科學基金（21563002）;內(nèi)蒙古科技廳自然科學基金（2019MS02030）;內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學?？茖W研究項目（NJZY20199，NJZY18205，NJZY20202）;內(nèi)蒙古自治區(qū)光電功能材料重點實驗室基金

通訊作者：羅冬梅（1976-），女（漢族），黑龍江克東人，赤峰學院副教授，博士，從事量子催化和天然產(chǎn)物分子研究