一種新型鎳基配合物與牛血清白蛋白的作用機理研究

海文麗，馬小燕，左偉響，宋 歡，李 冰

（寧夏大學化學化工學院，寧夏銀川 750021）

探究金屬配合物與蛋白質(zhì)間的相互作用是確定金屬基藥物治療功效的基礎，對新型金屬基藥物的合成、篩選具有指導意義[1]，探索其作用機理是藥物化學領域上的研究熱點[2]。牛血清白蛋白（BSA）與人血清白蛋白（HSA）具有高度同源性的結構，常被選為蛋白質(zhì)的研究模型[3]。另外，多種有機功能分子和金屬配合物能與BSA 相互作用。因此探究配合物與BSA 間的結合過程以及作用機制是研究藥物在體內(nèi)的分布輸送及其作用機制的關鍵，具有重要的研究意義[4]。

5-三氟甲基吡啶-2-甲酸是一種新型的含氟配體，其必定換上的N 原子和羧基上的O 原子均可參與配位[5]，而引入的三氟甲基可有效的改善藥物在體內(nèi)的吸收和代謝，是研究BSA 作用的優(yōu)良配體。本文構筑了一種未見文獻報道的基于5-三氟甲基吡啶-2-甲酸的鎳基配合物，在充分結構表征的基礎上研究了其與BSA 作用的機理。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

EQINOX-55 型紅外光譜儀；Vario EL cube 型元素分析儀，SETSYS-1750CSEvol 熱分析儀；DMax/2200PC X-射線衍射儀。

5-三氟甲基吡啶-2-甲酸（Htpc）和NiCl2·6H2O 均為分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 配合物Ni（Htpc）2（H2O）2

在15 mL 的反應釜內(nèi)加入配體Htpc（9.50 mg，0.05 mmol）、NiCl2·6H2O（11.9 mg，0.05 mmol）和7 mL H2O，用1 mol/L 的NaOH 溶液調(diào)整體系的pH≈8，在140 ℃的烘箱中反應72 h 后，自然冷卻到室溫。過濾后用去離子水洗滌3 次，在室溫干燥后收集綠色粉末。產(chǎn)率：62%（基于NiCl2·6H2O）。IR（cm-1，KBr）：3 336 m，1 658 m，1 503 m，1 401 m，1 148 w，936 w，837 w，646 w，455 w。

1.3 熒光光譜實驗

配合物與BSA 作用需在0.1 mol/L Tris-HCl 緩沖溶液（pH=7.40）中進行。在保持BSA 濃度（2×10-5mol/L）不變的情況下，每次向比色皿中加入濃度梯度為0～10×10-6mol/L 的被測化合物。以280 nm 為激發(fā)波長，記錄混合體系在298 K、308 K 和318 K 下的熒光光譜。

2 結果與討論

2.1 粉末衍射

已有文獻[2]報道了三氟甲基吡啶羧酸的錳基配合物Mn（Htpc）2（H2O）2，因此對比了二者的粉末衍射數(shù)據(jù)（見圖1）。結果表明，鎳基配合物和Mn（Htpc）2（H2O）2的粉末衍射數(shù)據(jù)非常相似，說明這兩個配合物有類似的配位環(huán)境。結合電荷守恒原理，推斷該鎳基配合物由一個Ni（II）離子，兩個失去質(zhì)子的H2tpc 的配體以及兩個配位水分子組成，形成六配位的八面體構型。

圖1 鎳基配合物與Mn（Htpc）2（H2O）2 的粉末衍射對比

2.2 配合物的熱分析

鎳基配合物在30～800 ℃的熱分解曲線（見圖2）。該配合物共有兩次質(zhì)量損失。第一次質(zhì)量損失為7.5%，發(fā)生在142.7～223.6 ℃，對應失去兩個水分子（計算值為7.6%）。隨后該配合物骨架保持穩(wěn)定。第二次質(zhì)量損失在328.5～551.1 ℃范圍內(nèi)，對應于Htpc 配體的損失（實際失重率：75.1%，計算值：74.9%）。剩余部分可能是NiO，殘余率17.4%與計算值17.5%基本一致。

圖2 鎳基配合物的熱分解圖

2.3 元素分析

為了進一步驗證配合物1 的結構，對配合物中C、H、N 元素含量進行測定，元素分析（C14H10NiF6N2O6）：理論值C：35.39%；H：2.12%；N：5.90%；實際值C：35.54%；H：2.21%；N：5.98%。元素含量分析測量結果與理論計算值吻合較好，進一步驗證其分子組成為［Ni（Htpc）2（H2O）2］。

2.4 配合物與BSA 的作用機理研究

熒光光譜法是探究金屬配合物與BSA 作用機理的重要方法之一。BSA 分子中含有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等氨基酸殘基，會產(chǎn)生一定強度的熒光。BSA 體系的熒光強度隨著鎳基配合物不斷加入時的變化（見圖3）。由圖3 可以明顯可以看出，隨著鎳基配合物濃度的不斷增大，BSA 在339 nm 左右處的熒光強度不斷降低，說明二者發(fā)生了相互作用，猝滅了BSA 的內(nèi)源性熒光。

圖3 鎳基配合物對BSA 的熒光猝滅圖（CBSA=2×10-5mol/L；10-6Ccomplexes（/mol/L）1-6：0，2，4，6，8，10）

為了探索配體Htpc 和鎳基配合物對BSA 熒光的猝滅機理，采用Stern-Volmer 方程對熒光猝滅數(shù)據(jù)進行了分析：

式中：F0-BSA 的熒光強度；F-加入配合物后BSA的熒光強度；Ksv-猝滅常數(shù)；Q-配合物的濃度；τ0-生物大分子的平均熒光壽命，為10-8s。以為縱坐標，Q 為橫坐標作圖，可得配合物在298 K、308 K 和318 K 三個溫度下的猝滅曲線（見圖4）。根據(jù)曲線的斜率計算出鎳基配合物［Ni（Htpc）2（H2O）2］在不同溫度下的平均猝滅速率常數(shù)為2.324×105L·mol-1·s-1，大于動態(tài)猝滅的BSA 的最大猝滅常數(shù)（2.324×105L·mol-1·s-1），說明鎳基配合物對BSA 的熒光猝滅作用是靜態(tài)猝滅機制。

圖4 鎳基配合物［Ni（Htpc）2（H2O）2］與BSA 作用的Stern-Volmer 曲線

對于靜態(tài)猝滅機制，可以運用Scatchard 方程來計算配體和配合物和BSA 相互作用時的結合常數(shù)（Ka）：

式中：Q-被測化合物（猝滅劑）的濃度，通過計算可知配體和鎳基配合物的結合常數(shù)Ka分別為3.247×103和4.251×106。自由配體Htpc 本身與BSA 鍵合能力較弱，但當該配體與Ni2+形成配合物［Ni（Htpc）2（H2O）2］后，其與BSA 分子的鍵合能力明顯增強，這可能是由于配合物中的N，O 螯合作用會增大配合物結構的平面型和剛性，有利于與BSA 分子相互結合，使得鎳基配合物與BSA 的結合活性明顯優(yōu)于單獨的配體Htpc。

3 結論

以5-三氟甲基吡啶-2-甲酸為配體制備了一種新型鎳基配合物。利用粉末衍射、熱重、元素分析等確定了其結構［Ni（Htpc）2（H2O）2］。熒光光譜研究表明該配合物對BSA 為靜態(tài)猝滅作用，鎳基配合物的剛性結構有利于增大BSA 的結合活性。