金属配合物与DNA相互作用

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[3] 沈同, 王镜岩. 生物化学(第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社,
同时，偶合后的π *轨道因部分填充电子，
使π→ π *跃迁几率减小，产生减色效应[5]。
如该分子与DNA发生静电作用或沟槽作用，
则紫外可见吸收光谱峰将出现较小的红移，
且减色效应不明显[4]。
热和碱的作用可以破坏DNA双螺旋结构，
使双链变成单链，吸光度A260增大。小分子
与DNA结合后会给这种变性带来影响，进 而也可考虑小分子与DNA的作用方式嵌插 作用对DNA的双螺旋结构起稳定作用，可 导致熔解温度Tm值增大5-8 oC，而非嵌插 作用的小分子不会使Tm值增大如此明显。
常用研究方法及其特点
金属配合物与DNA作用的位点(大沟、小沟)、 作用的形式(插入、沟结合、静电作用)、有 无构型选择或碱基序列选择，需要用多种 方法加以确定。常用的研究技术有光谱学 方法、NMR技术、流体力学方法，另外还
有热力学方法、电化学方法和序列凝胶电
泳等。
紫外光谱法
由于双螺旋结构的DNA分子含有芳香碱基 和磷酸生色基团，其电子吸收光谱在 260nm左右有一强的吸收峰[3，4]，许多 DNA靶向分子或本身具有光学活性，或与 DNA结合后产生光学活性，因此用光谱方 法通过考察DNA结合其靶向分子后结构上 的变化来研究其结合机理，是非常有效和 应用最为广泛的方法
1990. 54～68． [4] 凌连生, 杨洗, 何治柯等. Ru(bipy)2(dppz)2+与DNA相互作用的光 谱研究[J]. 分析科学学报, 2001, 17(1): 11-15.
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物。有时中心原子和配位体直接结合成不带电的 中性配位化合物分子。
二、DNA结构
DNA是一种柔性生物大分子，其结构可分为一级 结构、二级结构和三级结构。
一级结构
一级结构是指DNA分子中核苷酸的排 列顺序，DNA顺序 或序列 顺序(或序
列 结构 顺序 或序列)是这一 概念的简
称。由于核苷酸之间的差异仅仅是碱
DNA与配合物作用方式
金属配合物与DNA的作用方式主要要非共价结合， 其中包括静电结合、嵌插作用、沟内结合等；共 价结合和剪切作用。 静电结合
一般认为静电结合作用于带负电荷的DNA 双螺旋结构外部，没有选择性[1]。有报道[2]认为 核酸分子表面由静电力形成的水化层中的水分子 的排列与碱基有关。
其他性质，如变性与复性
四、金属配合物与DNA的反应
过渡金属配合物与核酸DNA的反应可以分
为两类：一类是金属配合物的氧化还原反
应，从而造成DNA的氧化；另一类是金属
离子与糖磷酸酯骨架配位，使核酸水解。
氧化还原反应
DNA中富电子的碱基是金属配合物进攻的 首选靶子之一。金属配合物在一定条件下 (光照或有辅助氧化剂、还原剂)，进攻核苷 酸的戊糖或碱基部位，通过产生扩散或不 扩散的羟基自由基、单线态氧分子、配体 自由基或光电子转移等，引起一系列化学 反应，使DNA链发生氧化断裂。
沟内结合
是与DNA的大沟或小沟的碱基对边缘直接 发生相互作用，大分子蛋白质结合于DNA 的大沟槽中，而大多数小分子则是在小沟 槽内作用。小沟槽内是A,T富集区，小分子 通过与胸腺嘧啶碱基C-2上的羰基氧或腺嘌 呤碱基N-3上的氮形成氢键与A-T碱基结合。
嵌插结合
即在碱基对之间嵌入平面的或几乎平面的芳香环 系统，嵌插结合的作用力来自芳环的离域p体系 与碱基的p体系间p-p相互作用。通常稠环体系都 倾向于结合在GC富集区，而对于一些含有庞大取 代基的分子，如吡啶环取代的卟啉分子在与DNA 作用时，吡啶环取代基会尽量旋转，以保持与母 环的共平面，从而形成良好的堆积形状与DNA碱 基嵌合。当DNA靶向分子嵌入DNA碱基对之间后， 有的可以直接抑制DNA复制与转录；有的则在经 过进一步活化后，使DNA断裂受损而影响其功能。
水解反应
水解使得磷酸来自百度文库酯键断裂比氧化还原造成
的裂解更有优越性，因为这样不破坏碱基，
可以保持遗传信息，也比较容易使裂解产
物重新组合起来。金属离子和配合物对促
进磷酸二酯键水解能够发挥的有效作用，
在于他们具有Lewis酸的功能，可以使磷氧键激化，有利于其断裂
也可以提供已配位的亲核配体给磷，形成 五配位的磷酸酯中间产物。简单金属离子 如Zn2+，Pb2+对RNA水解的促进作用也已 为人们所了解。
生的标志，并开 拓了生物化学和分子生物 学发展
的未来。
DNA双螺旋结构示意图
双螺旋稳定的因素 ：
碱基堆积力 DNA分子内部碱基对疏水的芳 环堆 积所产生的疏水作用力和上下相邻的芳环 的π电 子的相互作用即称为碱基堆积力，这是维 持DNA 双螺旋最主要的作用力。
两条多核苷酸链间的互补碱基对之间的H键用。
分子与DNA作用前后A260随pH的变化情况，
也可判断小分子与DNA之间的作用方式。
李文友[7]等研究了Ge-132与DNA的相互作用，
在Ge-132不存在的情况下，DNA碱变性的
pHb为12．27，而变性后增色26％；而在Ge-
132存在下，DNA碱变性的pHb为12．90，变
性后增色14％，因此初步判断：Ge-132以嵌 插方式与DNA发生了作用。
三、DNA的性质
DNA的一般物理性质 溶解特性：DNA为白色纤维状固体，微溶于水，呈酸性， 加碱可 促进溶解。但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有 机溶剂，因此常用 有机溶剂(如乙醇)来沉淀DNA。 分子的形状及粘度：DNA分子极为细长，因此DNA溶液的 粘度很 大，加入乙醇后可用玻璃棒将黏稠的DNA搅缠起 来。 DNA 刚性： DNA溶液是呈黏稠状，但DNA双螺旋结构实 际上显得僵直 具有刚性，经不起剪切力的作用，容易断 裂成碎片，这也是目前难 以获得完整大分子DNA的原因。 降解：溶液状态的DNA易受DNA酶的作用而降解，抽干水 分的 DNA的性质却十分稳定。
基的不同，故可称为 碱基顺序。
DNA一级结构
二级结构
DNA的二级结构就是 DNA的双螺旋结构，它是 于1953年两个年青的科学 家Watson和Crick建 立的。 这是一个能够从分子水 平上阐明遗传基本 特征的 DNA二级结构，它使长期 以来神秘的 DNA成为了真 实的分子实体。这是分子生物学诞
其中紫外／可见吸收光谱法是研究小分子与 核酸相互作用的一种最常用、最方便的技术。 某些小分子如金属配合物亦有吸收谱带，可 根据其与DNA相互作用前后DNA或其它分子 的吸收谱带的变化对二者相互作用模式进行 判断。
(1) 对于DNA的吸收光谱来说，如导致分子的轴向 变化即其构象变化，则产生减色效应及红移现象，
Ganesh等[6]报道了阳离子表面活性剂与寡
聚核苷酸作用后A260随温度的变化曲线为
Sigma曲线，由此推断阳离子表面活性剂
首先通过静电作用与寡聚核苷酸结合，然
后在疏水力的驱动下以协作方式结合于相
同的寡聚核苷酸上，从而使溶液中同时存
在两种寡聚核苷酸
即自由的和与表面活性剂结合的寡聚核苷
酸，最终导致出现两个熔链温度。跟踪小
金属配合物与DNA相互作用
小组成员：胡亚楠 王晴晴
一、配位化合物
配位化合物是一类含有中心金属原子（M）和若 干配位体（L）的化合物（MLn）。中心原子M通 常是过渡金属元素的原子，具有空的价轨道；而
配位体L则有一对或一对以上的孤对电子。M和L
之间通过配位键结合，成为带电的配位离子，配
位离子与荷异性电荷的离子结合，形成配位化合
且光谱变化的大小与其结合力相关联，即作用越
强减色效应越明显；如导致DNA双螺旋结构的破
坏，则产生增色效应[3]。增色效应说明配合物可
能与其腺嘌呤碱基嵌入到DNA双螺旋碱基对间， 引起构成碱基堆积力的疏水作用力和范得华力的 相应改变，影响了DNA构象与结构的稳定。
(2) 对于金属配合物等分子的特征吸收谱带， 加入DNA后，如该分子与DNA发生嵌插作 用，则该分子的电子吸收光谱的吸收峰位 置红移，强度减小：因为插入配体与DNA 碱基对可发生π电子堆积，作用配体的π* 空轨道与碱基的π电子轨道发生偶合，使能 级下降，从而导致π→ π *跃迁能减小，产 生红移现象；
DNA的紫外吸收性质
DNA分子中的嘌呤碱基和嘧啶 碱 基 具 有 共 轭
体 双 键 ， 对 260 ～ 290nm波段的紫外光有极
强的吸收， 其最高吸收峰接近260nm。由于蛋
白质在这一光区仅有很弱的吸收， 因此可利用这
一光学特性来定量地 检测DNA。 DNA在260nm 处的光吸收值比 组成它的各种核苷酸的光吸收值 要 小得多(约少30%～40%)，这是因为 DNA分子 中的碱基紧密地堆积在一 起造成的。
主链上带负电荷的磷酸基与溶液中的阳离子之 间
形成的离子键也是维持双螺旋结构的作用力。
三级结构
DNA三级结构是指DNA分子在二级结构的基础上
进 一步扭曲和折叠所形成的特定构象。包括线形
双链中的 扭结、超螺旋、多重螺旋等多种形式。
超螺旋是DNA三级结构的最常见的形式。环状分 子、 线形双螺旋分子两端连接起来或因蛋白质结 合而固定时， 进一步扭曲都可形成超螺旋。
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