（物理化学专业论文）过渡金属配合物与dna键合相互作用的研究.pdf

ab s t a c t b e c a u s e m e t a l c o m p l e x c a n p r o b e t h e s t r u c t u r e o f d n a , i t h a s b e e n o n e o f a c t iv e f i e l d t h a t s t u d y t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n m e t a l c o m p l e x a n d d n a . i n t h i s t h e s i s , s y n t h e s iz e d s e v e r a l n e w c o m p l e x e s , a n d a n a l y z e t h e ir d r u g - d n a i n t e r a c t i o n s b y t h e m e a n s o f u v i v i s s p e c t r o s c o p y : i . s u m m a r i z e t h e h i s t o ry b a c k g r o u n d a n d w a y o f r e s e a r c h o f s t u d y d r u g - d n a i n t e r a c t i o n . i n t r o d u c e t h e s t r u c t u r e o f d n a a n d t h e f a c t o r s o f a ff e c t d r u g - d n a i n t e r a c t i o n . i i . s y n t h e s i z e d s e v e n r u t h e n i u m c o m p l e x e s a n d t w o p h e n d i o n e c o m p l e x e s o f z n 2 * a n d c o 2 . t h e s t r u c t u r e o f r u ( b p y ) 2 ( 4 ,4 - b p y ) c i p f 6 -h 2 0 ( b p y= 2 , 2 - b i p y r i d i n e , 4 ,4 - b p y = 4 , 4 - b i p y r i d i n e ) a n d r u ( p h e n ) 2 ( c h 3 c n ) 2 ( p f 6 ) 2 ( p h e n = 1 , 1 0 - p h e n a n t h r o - l i n e ) h a s b e e n d e t e r m i n e d b y a n x - r a y c ry s t a l a n a ly s is . i i i . s t u d y t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e m e t a l c o m p l e x e s w h a t w e r e s y n t h e s iz e d a n d d n a b y t h e m e a n s o f u v / v i s s p e c t r o s c o p y , f o u n d s t r o n g h y p o c h r o m i c it y a n d r e d ( b l u e ) s h i ft , a n d p r o v i d e e v i d e n c e o f d r u g - d n a i n t e r a c t i o n s . a n d s t u d ie d d r u g - d n a i n t e r a c t i o n s o f f i v e m e t a l c o m p l e x e s w h a t w e r e s y n t h e s i z e d b y d o c t o r h . l i u a n d d e t e r m i n e d t h e i r s t r u c t u r e b y a n x - r a y c ry s t a l a n a l y s i s . a l s o f o u n d s t r o n g h y p o c h r o m i c it y a n d r e d ( b l u e ) s h i ft , a n d t e s t i f i e d a h y p o t h e s i s o f d r u g - d n a in t e r a c t i o n s t h a t a p a rt o f li g a n d w h a t h a s p l a n e s t r u c t u r e c a n i n s e rt d n a . k e y w o r d : i n t e r a c t i o n dna h y p o c h r o m i c i tyr e d ( b l u e ) s h i f t ii 配合物的结构 r u ( b p y ) 2 ( 4 , 4 - b p y ) c i 2 + 十 蔽 n c c h 3 r u ( p h e n ) 2 ( c h 3 c n ) 2 2 + z 十 r u ( b p y ) 2 ( 5 - n o 2 - 6 - n h 2 - 1 , 1 0 - p h e n ) 2 2 + m r u ( p h e n ) 2 ( 5 - n o 2 - 6 - n h z - 1 , 1 0 - p h e n ) 1 2 + r u ( p h e n ) 2 ( 3 ,3 - d i a m in o b e n z id in e ) 1 2 + r u ( 5 - n o 2 - 6 - n h z - 1 , 1 0 - p h e n ) 2 ( d i c n q ) 1 2 + 、护 r u ( 5 - n o 2 - 6 - n h 2 - 1 , 1 0 - p h e n ) 2 ( d p p z ) 2 + z n ( p h e n d i o n e ) s 2 + c o ( p h e n d i o n e ) 3 z + c u ( b p d m q ) ( n 0 3 ) 2 1 n i ( b p d m q ) ( n o 3 ) ( h z 0 ) z i + z n ( b p d - q ) ( n 0 3 ) 2 ( h 2 0 ) mn ( p h e n d i o x i m e ) ( n o 3 ) 2 ( h z o ) 2 0 c 珑c n 一 一 止 名 ( c o ( d i c n q ) ( n 0 3 ) 2 ( c h 3 c n ) l vn 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 第一章前言 最近几十年来在生物无机化学领域中， 人们对于研究金属配合物与核酸之间 相互作用的兴趣越来越浓。由于在核酸研究技术方面的巨大进步， 这种兴趣己经 变得越来越有意义了。 现在， 化学家己经能够很容易地分离、 控制、 甚至合成特 定序列与结构的核酸分子。 生物无机化学己经从一个只关注生物中的金属中心发 展为探索d n a片段的结构和功能的阶段。 在过去几十年中的研究己经很清楚地 表明自 然界中核酸在结构与功能上扮演着活跃的、 多种多样的角色， 过渡金属配 合物正好提供了非常有价值的工具，使得探索和运用核酸的结构和功能成为可 育 旨 。 研究金属配合物跟核酸相互作用己经成为生物无机化学中一个很重要的研 究领域， 可以设计不同的金属配合物与核酸发生特定的相互作用。 由于它们的外 型、电 荷性质以及跟核酸链键合的亲近性，使得它们得以 成为有用的光谱探针， 用来探索核酸的空间结构和动力学性质， 也可用来识别核酸链中的特定位置， 以 及加深对药物一 核酸相互作用的理解 t .z l 这个研究领域还包括怎样标定与识别核酸聚合物的特定位置，意味着由于 d n a本身的构型的特点使得只有 d n a链的某些特定位置才能直接与配合物发 生键合作用， 而别的位置就没有这种作用。 掌握这种机制， 对发展新的化疗试剂 和新的生物技术工具很有帮助。 1 . 1 d n a的构造 1 . 1 . 1 d n a的一级结构 在生理学状态下， 核酸是多阴离子体， 并且包含了所有的细胞生命所需要的 遗 传 信息 3 。 双 链脱 氧核 糖 核酸 ( d n a ) 由 两 个多 聚 核昔 酸 链构 成， 每 条单 链的 磷 酸糖骨架上连有鸟嗓吟 ( g ) 、胞喀吮 ( c ) 、腺嚓吟 ( a ) 和胸腺喀咙 ( t )这四 种杂环碱基 ( 图 1 . 1 ) . 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 o o v o 昌 cn,hh h.n.一 0aj h ”o / o6 / 、。 uch, h+h 丫8才昌 0。 h，c入 省与户 厂n芳n任 华、叮砂 oa ， /p/vo oo cn, .。 h - n 从o 尸/0、 气/昌 :o; 图1 . 1双链d n a简图 d n a的两条多聚核昔酸链反向平行，两条链之间通过氢键作用形成碱基对组合 在一起。根据碱基一一对应原则，a只与t及g只与c形成碱基对，因此两条 单链之间是互补的，可互为模板。在d n a链中，氢键的键长都是一样的，两种 碱基对的大小也几乎相同， 这意味着d n a双链是反平行等间距的。 这样， d n a 就有一个规则的结构，碱基的成分并不对它构成很大的影响。 1 . 1 .2 d n a的二级结构 wa t s o n 和c r ic k 在 1 9 5 3 年在d n a一级结构的基础上提出了d n a双螺旋结 构模型， 在这个模型中碱基对是转动的， 使得双链围着同一螺旋轴绕成一种双链 螺旋结构， 就如图1 . 2 所示的双螺旋体。由于两条多聚核昔酸链反平行旋绕成双 螺旋结构，导致碱基对既不完全成平面构型也不完全与d n a分子的长轴垂直。 各种已知结果的人工合成的低聚脱氧核糖核酸的 x 一 射线晶体图研究显示双链 d n a存在三种不同的构造形式，即 a , b . z型。a , b型 d n a是具有标准 wa t s o n - c r ic k 碱基对的右手螺旋，而 z型 d n a是左旋体。通过基于d n a模型 的理论计算， 右手螺旋比左手螺旋更加稳定。 这就解释了为什么大多数天然d n a 是右手螺旋的。我们在研究中使用的b型 d n a螺旋体的例子中，亲水性的糖- 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 磷酸骨架绕成螺旋体的外围， 并直接与水溶剂接触; 另一方面， 堆叠在螺旋体内 部的相对憎水的碱基被屏蔽在水溶剂之外。 图1 . 2 b型d n a 在d n a右手双螺旋结构中，每十个碱基对旋绕一圈形成一个螺旋结构，螺 距3 .4 n m , 螺距直径2 n m 。在双螺旋表面形成两个凹下去的沟，一条沟大些， 一条沟小些，分别称为大沟与小沟 ( 图1 . 2 ) 0螺旋轴通过碱基对中央， 故大小两 沟的深度差不多。a - d n a与 b - d n a的主要区别是 a - d n a的大沟更宽更深。 z - d n a是d n a几种构象中唯一的左手螺旋。 z - d n a中两条由d g和d c交替形 成的多聚核昔酸链反向 平行排列， 通过w a t s o n - c r i c k 碱基配对把它们维系在一起 并绕成一个左手螺旋。 每个螺旋由1 2 个碱基对构成， 螺距4 . 5 n m 螺距直径1 . 8 n m 。由于d g和d c 交替排列，g - c 碱基对不是对称的 位于螺旋轴附近，而 是向 螺旋的外表面前移， 胞唠健的c - 5 、 鸟嗓吟的n - 7 和c - 8 原子填满了大沟并凸向 外表面，使大沟变的浅而宽，而小沟窄而深。这些结构上的区别显示了d n a双 螺旋骨架的变化，甚至每种类型 d n a主体结构的变化也很明显，如就在 b型 d n a的一个碱基对看到了倾斜与扭曲。 除此之外， 还有一些其它d n a在结构上 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 的 局部变化未被详细描述，如h - d n a r ，十字型5 1 和弯曲型d n a 6 1 等。 p 比nt , p yp p z n - n h - () d p p z apnp pd门 p 护 pi p c护 hnap hp于 t a r p d 内t p d mt a 中 t . p t p p d p h e n 图1 . 3 与d n a作用研究中常用到的的多毗睫配体 1 . 2配合物与d n a的键合模式 a 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 d n a的结构特征使得用小分子配合物识别d n a的二级结构成为可能。 金属 配合物通过共价与非共价模式跟d n a键合。 最早研究的共价键合模式包括碱基、 糖和磷酸盐之间的相互作用， 但是一般 情况下被考虑的是金属配合物与核普酸碱基之间的 相互作用。 c i s 一 二氯二胺化铂 配合物跟低聚核昔酸的光谱研究显示核昔酸碱基的杂环氮原子特别是鸟m吟的 n - 7 氮 原 子 是 最 适 合 键 合 的 地 方 h 1 o 1 金 属 配 合 物 也 可以 跟 糖 一 磷 酸 盐 通 过 静 电 作 用键合 1 ,1 1 z 3 1 非 共价 键 合 模式 包 括 氢 键 作 用 和 插入 作 用， co(nh3)6跟z 型d ( g c ) 3 作为 氢 键 键 合 模式 的 一 个 例 子 12 ， 发 现 c o ( n h 3 ) 6 1 上 的 氢 跟鸟 00 吟 碱基( g i o ) 和 磷酸盐骨架键合。 但是， 最普通的非共价相互作用模式是插入作用， 也就是小分 子配合物插入和堆叠至d n a的 碱基对之间 1 3 1 。 插入模式下的小分子配合物令人 感兴趣的主要原因是它能抑制核酸的合成，可以用作诱变物、抗生素、 抗菌药、 杀锥虫药、杀吸虫药和抗癌药等。 插入作用模式首先由l e r m a n 提出 1 3 1 ，并且作 为叮陡与d n a强相互作用模式而受到广泛地认同 p a l ， 这很自 然地使人相信叮吮 引发基因突变这样的 假说 1 5 。因此， 在药物与d n a相互作用的研究上， 插入作 用模式是一个特别值得注意的研究领域，虽然这个模式最初只为解释叮吮与 d n a之间的相互作用所作的构想，显然它可以 扩展应用到更多的药物- d n a之 间的插入作用上。 1 . 3 d n a结构探针的研究背景 由于很容易改变金属配合物的结构fl 6 1 ， 因此用金属配合物作为探针已 经成为 一个广阔的研究领域，特别是在探索d n a的结构和相互作用的模式上。第一个 供 插 入 用的 金 属配 合 物( 2 - y, 基乙 硫 醇 盐) 四 毗 q 基 铂 ( i i ) ( ( t e r p y ) p t ( h e t ) i ) 17 ,1 8 1 是由l i p p a r d 等人最先提出 来的。 他们的 研究显示这个铂 ( i i ) 配合 物包含一 个 平面芳香杂环配体， 并拥有一个能插入到d n a双链中去的四方平面构型。 d n a 溶 解实 验显示阳 离子配 合物 p t ( t e r p y ) ( h e t ) + 使 得d n a 的 双链形式比 单 链更 加稳 定; 粘 度实 验显示配合物的 插入使d n a 链变长。 而且 p t ( t e r p y ) ( h e t ) 插入d n a 后的晶体结构揭示整个铂 ( i i )配合物的中 心插入了d n a 碱基对之间 1 9 1 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 金属叶琳是最常见的并有良 好平面性质的芳香金属配合物， f i e l 等人的研究 表明 2 0 1 ， 水溶性阳离子四 ( 4 一 甲 基毗咤)叶 琳能插入小牛胸腺d n a链中， 从 各种不同的叶琳金属衍生物跟天然核酸和人工核酸的相互作用的许多实验的研 究显示2 1 1插入配合物所具有的共同 特性跟键合模式有密切的关系。 然而， 一个 大叶琳分子完全插入到d n a螺旋中是很难的，尤其是考虑配合物的扩展、取代 物的空间位阻和高的局部电荷。 因此， 或许应该考滤配合物只是部分地插入到碱 基对中。 b a rt o n 等人近来的研究显示相互作用并不只限于平的四方平面配合物， 其实 具有八面体结构的金属配合物的配体局部插入d n a链中也很容易2 2 ,2 3 1 ，也就是 说插入配合物只需要一个有平面性的芳香配体即可， 不必整个配合物都为平面构 型p 1 。 关于 增加药 物浓度对超螺旋d n a的运动性的 影响，己 在电 泳实 验中 作了 研究， 显示了 对插入作用强有力的 支持2 3 1 。 实 验中， 闭 环和缺裂循环p m 2 d n a 的 混 合 物 通过 琼 脂 糖 凝 胶体电 泳， 而z n ( p h e n ) c 12 ( p h e n 二1 , 1 0 - 邻菲 哆 琳) 被 用 作一 种调 控剂: 不加z n ( p h e n ) c i : 时， 紧密的闭 环超螺旋d n a比 松散的 缺裂d n a 通过凝胶体有更大的 运动性; 加z n ( p h e n ) c 12 后， 闭 环d n a双链裂解并接受成键， 阴性超螺旋体被释放出来使得聚合物更加松散，结果降低了运动性，增加 z n ( p h e n ) c i: 浓 度后，由 于 阳 性超 螺旋 体的 引 入， 运动 性再 次 得到 提高。 这 种分 析方法较早的用在铂的 研究中 i l l ， 为证明d n a 双链裂解提供了 一个有力的证据， 也只有插入作用才能导致这种裂解。 如 r u ( b p y ) 2 ( d p p z ) j 2 + 和 r u ( p h e n ) 2 ( d p p z ) j 2 1 ( b p y 一 2 ,2 ， 一 联 p v c d p p z 一 二 毗 哆 3 ,2 :4 - 2 ,3 :c j 吩 哺) 等 钉 配 合 物己 被 发 现 2 4 ,2 5 1是 双 链d n a的 一 个高 敏感的 光 谱指示剂。 在水溶液中， 只有钉配合物嵌入到d n a中后才能检测到发光。 因此， 这些配合物可以 作为探索d n a结构的 “ 光开关” 。 更有一些研究者针对单链d n a 通过把钉配合物与低聚核昔酸连在一起设计了一系列特殊的 “ 光开关” 。激发光 谱显示单链d n a有微弱的荧光，然而另外的互补链却有强烈的荧光，相反，额 外的非互补链却没检测到荧光。 因此， 有限低聚核昔酸配合物可用为二种特定的 “ 光开关，o 许多小分子配合物己作为探索片段核酸结构的有用和灵敏的探针。 应用手性 原理研究无机小分子配合物跟核酸键合已经成为生物无机化学中一个重要的课 题 2 2 (6 ),2 4 ,2 6 1 。 跟b - d n a键 合 时 ， 第 一 个 显 示 出 有 手 性 选 择 性 的 配 合 物 是 z n ( p h e n ) 3 2 + 2 3 1 ， 人 们 通 过 应 用 不 同 的0 - 和a - r u ( p h e n ) 3 2 + 跟c t - d n a 键 合 详 细 地 研究了 键 合 作 用 的 手 性 选 择 性 2 2 (b ),2 6 (b )1 。 固 定 配 合 物 r u ( p h e n ) 3 2 + 的 浓 度， 型 异构体显示出更高的激发光密度，说明它对d n a螺旋更有亲和性。 用闭环超螺 旋d n a做的 凝 胶电 泳实 验显 示 配 合 物 r u ( p h e n ) 3 2 + 的 两 种异 构体 都能 使 超螺 旋 p c o i e i d n a 裂 解 及 修 复 ， 但 是 当 固 定 配 合 物 r u ( p h e n ) 3 2 . 的 浓 度 时 ， d n a 双 链 的 裂 解更多 是由a - r u ( p h e n ) 3 2 造成的。 提高g c 碱 基 对的比 例 和n a 的 浓度， 可以增加手性识别率。 基于通过稳态激发光极化现象发现的立体选择性， 手性识 别率变化可归因于插入作用的手性选择性的变化。 这个变化说明d n a沟大小的 局部变化的原因是压缩力或g c 碱基对比例等因素的提高。 在探索核酸的二级结 构 上 ， 手 性 钉 i i ) 配 合 物 是 有 用 的 分 子 探 针。 与b - d n a 键 合 时 ， r u ( p h e n ) 2 l 2 ( l =配体) 的 对映体识别不仅从程度上而且从立体选择性的结构基础上都不同 于 配 合 物 r u ( p h e n ) 3 2 + 2 7 1 。 钉配 合 物 对d n a 的 碱 基 更 有亲 和性 2 8 1 ， 鸟 嘿 吟的n - 7 是适合配位的位置之一， 这是在大沟中易接近的地方。 有趣的是， 插入作用中与 b - d n a 有 相同 右手 螺 旋的0 - r u ( p h e n ) 3 2 优 先 得 到 考虑， 但 是 碱 基 位置的 配 位 作 用却需要跟b - d n a螺旋互补的入构型。配合物r u ( p h e n ) 2 c 12 跟d n a键合的立 体 选 择 性的 发 现 是 生 物 学 中 重 要 的 研 究 成 果。 如 配 合 物 【r u ( b p y ) 2 ( p p z ) 2 + ( p p z = 4 , 7 - 邻菲 哆 琳 6 , 5 - b 卜 a 比 嚓) 2 6 e 的 对映 体 键 合 到c t - d n a时， 联毗 睫( b p y ) 配 体 相对较小不能发生插入作用， 但是当联毗睫配体跟大沟表面发生不同于4 , 7 一 邻菲 a-v * 6 , 5 - b 一 毗10 ( p p z ) 配 体部分 插入那 样的 相互作用时， 仍旧 存在 对映选择性。 a - 和a - r u ( p h e n ) 2 ( d p p z ) 2 + 2 6 (d )跟d n a 键 合 时 显 示出 不 同 的 荧 光 量 子 产 律， 这 可 以 解释为二毗哆 3 ,2 :a - 2 , 3 :c 吩嗦配体插入d n a时几何形状轻微的区别，导 致 水溶剂碎灭保护的区别，以及对映体之间插入d n a时的非对映区别。 l e h n 等人近来报道了发生在天然聚阴离子双螺旋d n a与人工聚阳离子双螺 旋之间的一个有趣的相互作用。 其中后者为c u * 配合物2 9 ，它与d n a有强烈的 键合作用，键合结合力的大小跟所使用的配合物及目 标d n a的化学组成有关。 虽然这些实验不能完全用来精确地确认这种c u , 配合物跟d n a的键合模式，但 也显示出它们是与d n a大沟之间发生键合作用。 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 1 . 4研究技术及其特点 金属配合物在紫外一 可见区经常有强烈的电荷转移， 有的在室温下还有荧光。 这些光学性质使金属配合物成为d n a分子周围的光谱感应剂。 有一系列的光谱 技术可用来探索金属配合物与d n a的相互作用， 紫外一 可见吸收光谱是分析药物 - d n a相互作用的最常用的工具之一;荧光光谱也常用来研究药物一 d n a相互作 用， 除了从一个激发态金属配合物作简单发射的测量外， 也可用发光极化、 发光 寿命和不同 发光碎灭的思想获取金属配合物周围 环境变化的更多的信息; 关于配 合物与d n a的相互作用， 圆二色谱( c d ) 也经常用来支持小分子金属配合物与 d n a相互作用的证据，因此圆二色谱也是一个很好的工具.除了上面提到的技 术外， n m r 谱也被应用3 0 ， 使 用循环伏安 检测金 属配 合物跟多 聚核昔 酸键合近 来也见报道3 1 1 。 可以 预见， 不远的 将来表面科学也会被用到研究药物一 d n a相互 作用的领域来。而且，生化中的技术如粘度研究、 d n a变性研究、电泳等，也 常被用在研究药物一 d n a之间的相互作用。 金属配合物与d n a的相互作用一直是一个热门的研究领域。 金属配合物略 显单一的性质说明了应用过渡金属化学研究d n a只是一个初始阶段。本文主要 用紫外一 可见吸收光谱的方法研究配合物与d n a的相互作用。 1 . 5配合物与d n a结合力大小的影响因素 我们常把配合物中具有大平面的那个配体称为插入配体， 另外两个小配体则 称为辅助配体。配合物与d n a的键合模式与配合物的形状、大小密切相关，并 由此影响到其与d n a的结合力大小。由于钉配合物良好的光谱学性质，它们更 多地被用来研究d n a结构的 “ 光开关，a 1 . 5 . 1配合物形状的影响 配合物的形状结构与底物 ( d n a ) 的匹配程度决定了配合物与d n a的结合 模式。 如配 合 物 r u ( b p y ) 2 a f p n p z + 和r u ( b p y ) z a f n p 2 与d n a作 用时， 前 者的 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 吸收光谱几乎没有受到d n a 影响也不大。而后者与d n a 的影响，减色效应不明显，配合物对d n a的粘度 作用时减色效应明显 ( c a . 1 8 %) , 移大 ( 9 n m ) ，随着配合物浓度的增加d n a的粘度也随之增加 ml c t吸收峰红 。据此我们认为 前者属于 静电 结合， 而后者则为 较典型的 插入结合模式(3 2 1 。 这是由 于 配体a f p n p 中 氮原 子 ( - c = n - ) 采取s p 2 杂 化使 得苯 环 倾斜 在 二 氮 杂 菊酮 母 环 一 侧， 从而 二 者不在同一个平面内 (3 3 1 ， 这样的构型不利于插入d n a碱基对中，故它与d n a 作用时以静电结合为主。 而配体a f n p 中其末端的苯环能旋转至与杂菊酮母环处 于同一平面内，这样有利于配体a f n p 插入d n a碱基对中，其键合模式表现为 插入结合。 当配合物中没有供插入的 平面配体时， 配合物与d n a的作用主要以 静电 结 合 模 式 为 主 。 如 配 合 物 r u ( b p y ) 2 p d t p 2 + 和 r u ( b p y ) 2 ( p d t p ) r u ( b p y ) 2 4 + 与d n a 作 用时， 配体p d t p 只与一个钉配位时其砒睫环在溶液中可旋转至与三嚓环接近同 一平面而插入d n a碱基对之间，因此前者主要以插入方式与d n a作用。但当 配位上另一个金属钉形成双核配合物后，该配合物没有了供插入作用的平面环 系，因而与d n a的 作用以 静电 结合为主要特征3 4 1 1 . 5 . 2插入配体的影响 一般来说，插入配体芳香环面积越大，则配合物与d n a的结合力也越大。 配 合 物 r u ( b p y ) 2 1 p 2 + 和 r u ( b p y ) 2 p i p 2 + 与d n a 作 用 时 都 表 现 为 插 入 结 合 模 式 13 1 1 在相同条件下前者ml c t 峰的减色率为1 5 . 5 %， 而后者为2 1 .9 %， 后者的荧光增 强幅度也要大于前者。 晶体结构表明配体p i p 中苯环与母环咪哇并菲哆琳环几乎 处于同一平面内 3 6 1 。 这样配体p i p插入碱基对与碱基7 c - 1 c 电 子堆积面积要大于配 体i p 。 但若配体p i p中苯环与咪哇并菲哆琳环由于取代基空间位阻效应而不能处 于同一平面时，配合物与d n a的键合模式及结合力大小则发生明显改变。如配 体c i p中由于苯环邻位氯原子的空间位阻使得苯环与母环成4 6 0 夹角，这样配合 物 r u ( b p y ) z c j p 2 + 与d n a 作 用 时 只 能以 部 分 插 入 方 式 进 入d n a 碱 基 对 之 间 。 具 体 表 现 在 其m l c t 峰 减 色 率 及 荧 光 增 强 幅 度 均明 显 小 于 配 合 物 r u ( b p y ) 2 p i p 2 * 并且随 着配 合物浓度的 增加d n a 粘 度逐渐减小(3 7 1 。 若苯环的邻 位换成 经基， 则 由于其能与咪哩环上的氮原子形成分子内 氢键， 使配体h p i p的共平面性进一步 南开大学硕士毕业论文 第一章前言 增强，轻基的引入增加了配 合物与d n a的结合力3 8 1 ，而配体h n a i p中可能由 于 蔡 环太 大， 使 得 其与 母 环间 存 在一 定 夹角。 配 合 物 脚(b p y ) 2 h n a i p 2 + 与d n a 作用时表现为部分插入，其与 d n a的结合力比相应的以典型插入方式结合的 r u ( b p y ) 2 h p i p 2 + 与d n a 作 用时 要 小8 倍左 右 3 9 1 对插入配体进行修饰取代可影响到配合物与d n a的结合力。逐渐增大插入 配 体 的 空 间 位阻 将 导 致 配 合 物 与d n a 结 合 力的 逐 渐 减 小 4 0 1 。 如 在配 体t a t p 的 侧 面分别引入两个甲基或引入两个苯基后，配合物【r u ( b p y ) 2 t a t p 2 + , r u ( b p y ) 2 d p t a t p 2 + 和 r u ( b p y ) 2 d m t a t p 2 + 与d n a作 用时 ， 其结 合 力 大 小 )u rk 序 为 : r u ( b p y ) 2 t a t p 2 + r u ( b p y ) 2 d p t a t p 2 + r u ( b p y ) 2 d m t a t p 2 + 。 实 验 研 究 表明 ， 尽 管 增 加了 插入配体的空间位阻但并不影响它们与d n a的键合模式的改变。 上述三个 配合物仍以插入方式与d n a作用。当然它们与d n a的键合强度显然低于配合 物 r u ( b p y ) 2 t a t p 2 + ， 其中 配 体t a t p 具 有 较 大 的 共 平 面 性 ， 能 使 其 与d n a的 碱 基 发生 有 效的 7 c - 1 c 电 子堆 积作用4 1 1 。由 此我们也得到如下的 启示:即 在不影响 配合 物与d n a插入键合模式改变的前提下， 对插入配体进行适当的 修饰取代以 改变 配合 物的 光电 化学 性质， 可望找 到 对d n a进行光断 裂( 特别是可见光 ) 的 有效断 裂试剂。 1 .5 .3辅助配体的影响 与讨论的较多的插入配体的影响相比， 辅助配体的影响则相对研究较少. 适 当增大辅助配体及其脂溶性，将有助于增强配合物与d n a的键合能力或提高立 体 选 择 性 。 最 近 刘 劲 刚 等 人 报 道了 配 合 物 r u ( i p ) 2 d p p z 2 + 与d n a的 作 用4 2 1 ， 结 果表明辅助配体从联毗吮换成i p 后，配合物与d n a的键合能力增加了好几倍， 其与d n a作用时荧光寿命的 衰减也由 原来的双指数函数变化为单指数。 但辅助 配体体积也不能 太大， 否则配合物与d n a的键合强度反而减少4 3 1 。 如将辅助配 体1 , 1 0 - 邻菲 ir p 琳 ( p h e n ) 的2 , 9 位接上两个甲 基 ( d m p ) 或在 其5 位 接上硝 基后 ( 5 - n p h e n )， 配 合 物 r u ( p h e n ) 2 p d p h e n 2 + , r u ( d m p ) 2 p d p h e n 2 +和 r u ( 5 - n p h e n ) 2 p d p h e n 2 + 与d n a 的 键 合 强 度 依 次 减小 。 参考文献 1 . j . k . b a r t o n , c o m m e n t s i n o r g 2 . s .j . l ip p a r d , e d ， p l a t i n u m , c h e m . , 1 9 8 5 , 3 , 3 2 1 . g o l d a n d o th e r me t a l c h e m o t h e r a p e u t i c a g e n t s ( a c s s y m p o s i u m s e r i e s 2 0 9 ) , a m e r i c a n c h e m i c a l s o c i e t y , wa s h i n g t o n , d .c 1 9 8 3 . 3 . a . k o r n b e r g , d n a r e p l i c a t i o n , w h . f r e e m a n a n d c o ， s a n f r a n c is c o , 1 9 8 0 4 . ( a ) j . s .l e e , m .l . w o o d s w o rt h , l .p . l a t i m e r a n d a .r . m o r g a n , n u c l . a c i d s r e s . , 1 9 8 4 , 1 2 , 6 6 0 3 ; ( b ) v l . l y a m i c h e v , j . b i o m o l . s tr u c t. d y n . , 1 9 8 6 , 3 , 6 6 7 ; ( c ) h . h t u n a n d j .e . d a h l b e r g , s i c e n c e , 1 9 8 8 , 2 4 1 , 1 7 9 1 5 . d .m.j . l i l l e y , p r o c . n a d . a c a . s c i . , u s 人1 9 8 0 , 7 7 , 6 4 6 8 6 . ( a ) e .n . t r i f o n o v a n d j .l . s u s s m a n , p r o c . n a t l . a c a . s c i . , u s a , 1 9 8 0 , 7 7 , 3 8 1 6 ; ( b ) j .c . ma r i n i , s .d . l e v e n e , d .m. c r o t h e r s a n d p t . e n g lu n d , p r o c . n a t . a c a . s c i . , u s 人 1 9 8 2 , 7 9 , 7 6 6 4 ; ( c ) h . s . k o o , h .m. wu a n d d . m. c r o t h e r s , n a t u r e ( l o n d e n ) , 1 9 8 6 , 3 2 0 , 5 0 1 . 7 . j . c . c h o tt a r d , j .p . g ir a u l t , g . c h o tt a r d , j . y l a l l m a r d a n d d . ma n s y , j . a m . c h e m . s o c . , 1 9 8 0 , 1 0 2 , 5 5 6 5 . 8 . j .p . g i r a u l t , g . c h o t t a r d , j . y l a l l m a r d a n d j . c . c h o t t a r d , b i o c h e m i s t r y , 1 9 8 2 , 2 1 , 1 3 5 2 . 9 . s . ma n s y , g .y h c h u , r .e . d u n c a n a n d r . s . t o b i a s , j . a m . c h e m . s o c . , 1 9 7 8 , 1 0 0 , 6 0 7 . 1 0 . j .p . c a r a d o n n a a n d s .j . l i p p a r d , j . a m . c h e m . s o c . , 1 9 8 2 , 1 0 4 , 5 7 9 3 1 1 . l .g . ma r z il l i , p r o g . i n o r g . c h e m . , 1 9 7 7 , 2 3 , 2 5 5 . 1 2 . r . v g e s s n e r , g .j . q u ig l e y , h .j . wa n g , g . v v a n d e r ma r e l , j .h . v a n b o o m a n d a r ic h , b io c h e m i s 妙， 1 9 8 5 , 2 4 , 2 3 7 . 1 3 . l . s . l e r m a n , j . mo l b i o l , 1 9 6 1 , 3 , 1 8 . 1 4 . a .r . p e a c o c k e a n d j .n .h . s h e r r e t t , t r a n s . f a r a d a y s o c . , 1 9 5 6 , 5 2 , 2 6 1 . 1 5 . ( a ) s .b r e n n e r , l . b a r n e tt , f .h .c . c r i c k a n d a . o r g e l , j . mo l . b i o l . 1 9 6 1 , 3 , 1 2 1 ; ( b ) l . s . l e r m a n , p r o c . n a t l a c a . s c i. , w a s h . 1 9 6 3 , 4 9 , 9 4 . 1 6 . s .j . l i p p a r d , a c e . c h e m . r e s . , 1 9 7 8 , 1 1 , 2 1 1 !jj月 1 7 . m. h o w e - g r a n t , k . wu , w.r . b a u e r a n d s .j . l ip p a r d , b i o c h e m i s t r y , 1 9 7 6 , 1 5 , 4 33 9 1 8 . k .w. j e n n e t t e , s .j . l ip p a r d , g .a . v a s s i l i a d e s a n d w.r . b a u e r , p roc . n a t l . a c a d . s o c . , u s a , 1 9 7 4 , 7 1 , 3 8 3 9 1 9 . ( a ) y .- s . w o n g a n d s .j . l i p p a r d , j . a m . c h e m . s o c ( b ) a .h .j . w a n g , j . n a t h a n s , g , v a n d e r m a r e l, c h e m j .h. v a n c o m m u n . , 1 9 7 7 , 8 2 4 , b o o m a n d a . r i c h , n a t u r e , 1 9 7 8 , 2 7 6 , 4 7 1 2 0 . ( a ) r .j . f i e l , j . c . h o w a r d , e .h . ma r k a n d n . d a t t a - g u p t a , n u c l . a c i d s r e s . , 1 9 7 9 , 6 , 4 7 1 . 2 1 ( a ) r .f . p a s t e r n a c k , e .j . g ib b s a n d j . j . v il l a f r a n c a , b i o c h e m i s t r y , 1 9 8 3 , 2 2 , 2 4 0 6 a n d 5 4 0 9 ; ( b ) g . d o u g h e rt y , j 又. p l l b r o w , a . s k o r o b o g a t y a n d t 刀. s m it h , j . a m . c h e m . s o c . , f a r a d y t r a n s . 1 1 , 1 9 8 5 , 8 1 , 1 7 3 9 ; ( c ) j .m. k e l l y , mi m u r p h y , d .j . m c c o n n e l l a n d c . o h u i g i n , n u c l . a c i d s r e s . , 1 9 8 5 , 1 3 , 1 6 ; ( d ) n . b lo m , j . o d o , k . n a k a m o t a a n d d .p . s t r o m m e n , j . p h y s . c h e m . , 1 9 8 6 , 9 0 , 2 8 4 7