多胺類金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究報(bào)告

1、.多胺類金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究【摘要】：本論文設(shè)計(jì)合成了幾種新的對(duì)稱性的多胺化合物及其金屬配合物，通過1HNMR、(13)MR、IR、MS、熔點(diǎn)測(cè)定、元素分析以及密度泛函(DFT，densityfunctionaltheory)優(yōu)化計(jì)算等各種手段對(duì)新合成的多胺化合物及其金屬配合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。并利用紫外光譜、熒光光譜、黏度、熱變性、循環(huán)伏安、凝膠電泳等方法對(duì)其與小牛胸腺DNA的作用及其切割pBR322的活性進(jìn)行了研究。所做的主要工作有以下幾點(diǎn)：第一，合成了一個(gè)新的具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的含吡咯環(huán)的多胺類化合物：N1，N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-酰基)三乙基四胺，及其金

2、屬配合物：N1，N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-?；?三乙基四胺合銅()，該配合物能夠通過插入作用與DNA相互作用，并能有效地切割DNA，我們還進(jìn)一步利用MTT法(3-(4，5-dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyl-tetrazoliumbromide)對(duì)其與人膽管癌細(xì)胞株QBC939的作用進(jìn)行了研究，確定了該金屬配合物具有一定的抗癌活性。本工作從分子水平到細(xì)胞水平對(duì)新合成的該金屬配合物都進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，確定了該金屬配合物是一個(gè)新的具有抗癌活性的化學(xué)核酸酶。第二，合成了一個(gè)新的具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的含吡咯環(huán)的多胺類金屬配合物：N1，N8-二(1-甲基4-硝基吡咯

3、-2-?；?三乙基四胺合鎂()，研究結(jié)果表明該配合物能夠通過靜電作用與DNA相互作用，并能有效地切割DNA。第三，合成了二水楊醛三乙基四胺合鐵()金屬配合物，研究結(jié)果表明該金屬配合物通過靜電方式與DNA結(jié)合并能有效地切割DNA。第四，合成了二水楊醛三乙基四胺合銅()金屬配合物，通過一系列的研究表明，該金屬配合物通過嵌插模式與DNA結(jié)合，并能切割斷裂DNA。第五，合成了二水楊醛二乙基三胺合鐵()金屬配合物，研究結(jié)果表明該金屬配合物是通過嵌插模式與DNA相互作用并切割斷裂DNA。第六，合成了兩種新的具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的含有咪唑環(huán)的多胺化合物：N1，N5-二(1-甲基咪唑-2-?；?二乙基三胺和N1，N8

4、-二(1-甲基咪唑2-?；?三乙基四胺，并通過1HNMR譜、(13)MR譜、IR吸收光譜、質(zhì)譜、熔點(diǎn)測(cè)定和元素分析等手段對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。癌癥是目前危及人類生命的最主要疾病之一，在當(dāng)今世界的疾病中，癌癥的致死率高達(dá)25左右。科學(xué)家歷經(jīng)數(shù)代人的艱辛努力，正花很大力氣來攻克這個(gè)危害人類健康的堡壘。隨著人們對(duì)腫瘤分子生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，對(duì)癌癥的化學(xué)療法已取得令人矚目的成就，已經(jīng)有許多藥物用于臨床治療；但人們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，所使用的抗癌劑普遍都存在著對(duì)腫瘤細(xì)胞選擇性低的缺點(diǎn)，在殺傷癌細(xì)胞的同時(shí)也殺傷正常細(xì)胞。因此，提高抗癌藥物的選擇性，研制開發(fā)高效低毒的抗癌藥物就成為科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)。分子生物學(xué)和分子藥理學(xué)的

5、發(fā)展使人們能夠從基因水平理解某些生命現(xiàn)象，并通過分子設(shè)計(jì)來尋找靈敏的核酸探針和有效的治療藥物。絕大多數(shù)抗癌劑在生物體內(nèi)的靶點(diǎn)是DNA分子，其作用方式大致分為三種：(1)藥物與模板DNA形成非共價(jià)復(fù)合物，主要與DNA以氫鍵相結(jié)合。當(dāng)雙鏈開始解離時(shí)，藥物也隨之從DNA上脫離。(2)藥物與模板DNA形成共價(jià)復(fù)合物，主要與DNA以共價(jià)鍵相結(jié)合。若介于DNA的雙鏈之間，則在雙鏈之間形成交聯(lián)，從而妨礙DNA雙鏈的拆開。(3)選擇性地與DNA結(jié)合，DNA雙鏈結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，引起單鏈或雙鏈斷裂，降解模板DNA。由此可見，對(duì)DNA特定序列的斷裂，應(yīng)是抗癌劑高效殺滅癌細(xì)胞又保護(hù)正常細(xì)胞的主攻方向。因此，開發(fā)新的化

6、學(xué)核酸酶，對(duì)DNA進(jìn)行定位識(shí)別與選擇性切割就成為當(dāng)前世界上研究的熱門課題。隨著人類基因組圖譜的解析，人們對(duì)各種疾病將得到本質(zhì)上的認(rèn)識(shí)。在人體中，像基因表達(dá)、DNA復(fù)制、修復(fù)和轉(zhuǎn)錄等都是建立在對(duì)核酸中堿基對(duì)的特異識(shí)別基礎(chǔ)之上。因此，對(duì)DNA序列的特異性識(shí)別就成為生命科學(xué)研究中的重要課題，它不僅對(duì)揭示生命的奧秘具有深遠(yuǎn)的理論意義，而且具有廣闊的應(yīng)用前景。在生物體內(nèi)，DNA序列的特異性識(shí)別常常通過蛋白質(zhì)與DNA的相互作用來實(shí)現(xiàn)。但由于蛋白質(zhì)分子量大，含量低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且容易變性等特點(diǎn)，研究起來十分困難，因而尋找新的簡(jiǎn)單有效的方法來特異性識(shí)別DNA序列，實(shí)現(xiàn)有目的的基因調(diào)控就具有十分重要的意義。目前用于

7、識(shí)別DNA序列的非生物分子主要有寡聚核苷酸、寡聚核苷酸類似物多肽核酸(PNA)、多胺等。特別是多胺的研究在美國加州理工大學(xué)Dervan教授的帶領(lǐng)下，近些年來取得了令人矚目的成果。不僅揭示了多胺特異性識(shí)別DNA的規(guī)律性，而且還進(jìn)一步將其與其它具有特定功能的化合物或基團(tuán)連接探討其對(duì)DNA的特異性修飾作用及其在體內(nèi)外對(duì)基因表達(dá)的影響等，已成為當(dāng)今小分子識(shí)別DNA的一個(gè)具有巨大潛力的發(fā)展方向。多胺不僅能在體外與DNA特異性地結(jié)合，而且還能透細(xì)胞膜、穿過核膜，進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)抑制基因表達(dá)。在人類細(xì)胞中，多胺可與病毒HIV-1的起動(dòng)子增強(qiáng)子的不同部位結(jié)合，抑制其相應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)一步抑制HIV-1的復(fù)制。多胺

8、還能特異性地部分替代某些DNA結(jié)合蛋白與DNA序列結(jié)合，從而阻止其相應(yīng)蛋白結(jié)合到此部位，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。Simon等合成特異性識(shí)別GC的多胺ImlmPyPy-ImImPyPy-Dp在體外能夠有效地抑制DNA解旋酶的活性。多胺不僅能在體內(nèi)外抑制基因表達(dá)，當(dāng)將之與轉(zhuǎn)錄激活因子連接，還能激活特定基因的轉(zhuǎn)錄。AmnakMapp等將多胺與連接片斷(酵母蛋白G4的251-281氨基酸，它使新合成的化合物形成二配體)連接，然后再接上一個(gè)基因激活結(jié)構(gòu)域AHCPEFPGIELQELQELQALLQQ，在體外成功地激活了相應(yīng)基因片斷的轉(zhuǎn)錄。因此，多胺在調(diào)控特定基因表達(dá)方面具有巨大潛力。本文在查閱大量文獻(xiàn)后，篩選出吡咯環(huán)

9、，咪唑環(huán)和苯環(huán)為DNA的結(jié)合劑，來作為DNA的識(shí)別系統(tǒng)，選擇二乙基三胺和三乙基四胺作為DNA的切割系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)合成了幾種新的對(duì)稱性的多胺化合物及其金屬配合物。本工作的創(chuàng)新點(diǎn)在于：第一，所合成的配體N1，N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-?；?三乙基四胺，二水楊醛二乙基三胺，N1，N5-二(1-甲基咪唑-2-?；?二乙基三胺以及N1，N8-二(1-甲基咪唑-2-?；?三乙基四胺及其金屬配合物都是首次合成的新的化合物。第二，確定了所合成的金屬配合物都可以與DNA相互作用并能有效地切割斷裂DNA，是一類新型有效的斷裂DNA的化學(xué)核酸酶。第三，以我們所合成的幾種新的多胺類化合物為基礎(chǔ)，還可

10、以合成一系列具有對(duì)稱平行結(jié)構(gòu)的多胺分子，以期在不同的位點(diǎn)對(duì)DNA序列進(jìn)行新的特異性識(shí)別和定位切割，從而可以開發(fā)研制一系列新型有效的化學(xué)核酸酶。綜上所述，我們合成了多種能夠與DNA結(jié)合，并能有效斷裂DNA的新的化學(xué)核酸酶，為其在藥物的開發(fā)和分子生物學(xué)中的應(yīng)用提供了有價(jià)值的信息，而且以所合成的幾種新的多胺化合物為基礎(chǔ)可以開發(fā)出一系列新型有效的化學(xué)核酸酶和抗癌藥物，其意義之重大是不言而喻的?！娟P(guān)鍵詞】：多胺金屬配合物DNA化學(xué)核酸酶DNA斷裂試劑【學(xué)位授予單位】：XX大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予年份】：2007【分類號(hào)】：O641.4【目錄】：摘要18-21ABSTRACT21-25第一章綜述2

11、5-72§1.1DNA的識(shí)別26-361.1.1多胺與DNA的結(jié)合模式27-311.1.2多胺與基因表達(dá)31-321.1.3多胺對(duì)DNA堿基對(duì)的識(shí)別32-331.1.4影響多胺識(shí)別DNA序列的因素33-341.1.5多胺與DNA特定位點(diǎn)的甲基化34-36§1.2DNA的切割36-411.2.1DNA的光切割36-371.2.2DNA的氧化切割37-381.2.3DNA的水解切割38-41§1.3DNA的識(shí)別與切割DNA的定位切割41-42§1.4研究配合物與DNA作用的常用方法42-481.4.1紫外可見吸收光譜法431.4.2線二色光譜和圓二色光譜43

12、-441.4.3熒光光譜法441.4.4拉曼光譜法44-451.4.5紅外光譜法451.4.6核磁共振分析法和質(zhì)譜法451.4.7電化學(xué)方法45-461.4.8微量熱法461.4.9能量轉(zhuǎn)移方法46-471.4.10凝膠電泳方法471.4.11其它方法47-48§1.5金屬配合物與DNA作用研究最新進(jìn)展48-53§1.6本文研究內(nèi)容53-55參考文獻(xiàn)55-72第二章N1,N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-?；?三乙基四胺金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究72-102§2.1引言72-73§2.2N1,N8-二(1-甲基-4-硝基吡咯-2-酰

13、基)三乙基四胺合銅()金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究73-862.2.1實(shí)驗(yàn)部分73-782.2.1.1實(shí)驗(yàn)試劑732.2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器732.2.1.3實(shí)驗(yàn)方法73-752.2.1.3.1電子吸收光譜73-742.2.1.3.2熒光光譜742.2.1.3.3黏度測(cè)定742.2.1.3.4電化學(xué)實(shí)驗(yàn)循環(huán)伏安法742.2.1.3.5配合物與質(zhì)粒pBR322DNA作用的電泳實(shí)驗(yàn)742.2.1.3.6MTT法實(shí)驗(yàn)74-752.2.1.4配合物的合成與表征75-782.2.1.4.1配體的合成75-762.2.1.4.2配合物的合成76-772.2.1.4.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算77-782.

14、2.2結(jié)果與討論78-852.2.2.1吸收光譜研究79-802.2.2.2熒光光譜研究80-812.2.2.2.1配合物對(duì)DNA-EB熒光光譜的影響802.2.2.2.2配合物與DNA-EB競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合的作用類型分析80-812.2.2.3黏度研究81-822.2.2.4電化學(xué)行為研究82-832.2.2.5分子模擬83-842.2.2.6凝膠電泳分析842.2.2.7MTT比色分析84-852.2.3小結(jié)85-86§2.3N1,N8-二(1-甲基4-硝基吡咯-2-?；?三乙基四胺合鎂()金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究86-972.3.1實(shí)驗(yàn)部分86-902.3.1.1實(shí)

15、驗(yàn)試劑862.3.1.2實(shí)驗(yàn)儀器862.3.1.3實(shí)驗(yàn)方法86-872.3.1.3.1電子吸收光譜862.3.1.3.2熒光光譜86-872.3.1.3.3黏度測(cè)定872.3.1.3.4熱變性研究872.3.1.3.5電化學(xué)行為研究872.3.1.3.6配合物與質(zhì)粒pBR322DNA作用的電泳實(shí)驗(yàn)872.3.1.4配合物的合成與表征87-902.3.1.4.1配體的合成87-882.3.1.4.2配合物的合成88-892.3.1.4.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算89-902.3.2結(jié)果與討論90-962.3.2.1吸收光譜研究90-912.3.2.2熒光光譜研究91-922.3.2.2.1配合物對(duì)DNA-E

16、B熒光光譜的影響91-922.3.2.2.2配合物與DNA-EB競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合的作用類型分析922.3.2.3黏度研究92-942.3.2.4配合物對(duì)DNA熔點(diǎn)的影響94-952.3.2.5分子模擬95-962.3.2.6凝膠電泳分析962.3.3小結(jié)96-97參考文獻(xiàn)97-102第三章二水楊醛三乙基四胺金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究102-122§3.1引言102§3.2二水楊醛三乙基四胺合鐵()金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究102-1113.2.1實(shí)驗(yàn)部分102-1053.2.1.1實(shí)驗(yàn)試劑1023.2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器102-1033.2.1.3實(shí)

17、驗(yàn)方法103-1043.2.1.3.1電子吸收光譜1033.2.1.3.2熒光光譜1033.2.1.3.3黏度測(cè)定1033.2.1.3.4熱變性研究1033.2.1.3.5電化學(xué)實(shí)驗(yàn)循環(huán)伏安法103-1043.2.1.3.6配合物與質(zhì)粒pBR322DNA作用的電泳實(shí)驗(yàn)1043.2.1.4配合物的合成與表征104-1053.2.2結(jié)果與討論105-1113.2.2.1吸收光譜研究105-1063.2.2.2熒光光譜研究106-1073.2.2.2.1配合物對(duì)DNA-EB熒光光譜的影響1063.2.2.2.2配合物與DNA-EB競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合的作用類型分析106-1073.2.2.3黏度研究107-10

18、83.2.2.4配合物對(duì)DNA熔點(diǎn)的影響108-1093.2.2.5電化學(xué)行為研究109-1103.2.2.6電泳分析110-1113.2.3小結(jié)111§3.3二水楊醛三乙基四胺合銅()金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究111-1193.3.1實(shí)驗(yàn)部分111-1133.3.1.1實(shí)驗(yàn)試劑111-1123.3.1.2實(shí)驗(yàn)儀器1123.3.1.3實(shí)驗(yàn)方法112-1133.3.1.3.1電子吸收光譜1123.3.1.3.2熒光光譜1123.3.1.3.3黏度測(cè)定1123.3.1.3.4熱變性研究1123.3.1.3.5配合物與質(zhì)粒pBR322DNA作用的電泳實(shí)驗(yàn)112-1133.

19、3.1.4配合物的合成與表征1133.3.2結(jié)果與討論113-1193.3.2.1吸收光譜研究113-1143.3.2.2熒光光譜研究114-1153.3.2.2.1配合物對(duì)DNA-EB熒光光譜的影響114-1153.3.2.2.2配合物與DNA-EB競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合的作用類型分析1153.3.2.3黏度研究115-1173.3.2.4配合物對(duì)DNA熔點(diǎn)的影響117-1183.3.2.5凝膠電泳分析118-1193.3.3小結(jié)119參考文獻(xiàn)119-122第四章二水楊醛二乙基三胺合鐵()金屬配合物的合成、表征及其與DNA作用的研究122-138§4.1引言122§4.2實(shí)驗(yàn)部分122

20、-1274.2.1實(shí)驗(yàn)試劑122-1234.2.2實(shí)驗(yàn)儀器1234.2.3實(shí)驗(yàn)方法123-1244.2.3.1電子吸收光譜1234.2.3.2熒光光譜1234.2.3.3黏度測(cè)定1234.2.3.4熱變性研究123-1244.2.3.5配合物與質(zhì)粒pBR322DNA作用的電泳實(shí)驗(yàn)1244.2.4配合物的合成與表征124-1274.2.4.1配體的合成1244.2.4.2配合物的合成124-1264.2.4.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算126-127§4.3結(jié)果與討論127-1344.3.1吸收光譜研究127-1284.3.2熒光光譜研究128-1304.3.2.1配合物對(duì)DNA-EB熒光光譜的影響128-1294.3.2