第28卷20l4.O3 第1期 沈阳化工大学学报 Vo1.28 No.1 Mar.2014 JOURNAL OF SHENYANG I I、,ERSⅡY OF CHEMICAL TECHNOLoGY 文章编号:2095—2198(2014)01—0001—04 一种双核钴配合物的结构及其生物活性研究 李健君 , 李梅瑜 , 高恩军 , 沈光海 (1.延边大学药学院,吉林延吉133000;2.沈阳化工大学应用化学学院,辽宁沈阳110142; 3.沈阳市无机分子基材料化学(国际)重点实验室,辽宁沈阳110142) 摘要: 水热法制备配合物[Co2(Htda)2(H2O)6・5H2O](Htda=1-氢一1,2,3-三氮唑4,5-二羧 酸),运用x-射线单晶衍射技术研究配合物[Co:(Htda)2(H 0)6・5H2O]的晶体结构.使用荧光光 谱法研究该配合物与小牛胸腺DNA(CT—DNA)的结合方式,凝胶电泳及其光密度扫描结果证明了 该配合物对HeLa细胞DNA(HC-DNA)的切割活性. 关键词:钴(I1);X.射线单晶衍射;荧光猝灭;凝胶电泳;光密度 doi:10.3969/j.issn.2095—2198.2014.01.001 中图分类号:R914.3 文献标识码:A 钴是一种重要的生命元素,具有很多重要的 生理活性.近年来,钴配合物的生物活性引起广 具有潜在药用价值. 大生物化学家、配位化学家、药物化学家的关注, 并在这一领域进行了很多研究工作 -4].DNA 快速且没有节制地复制是造成细胞癌变的起因, 作为抑制肿瘤药物的各种分子,无论它在体内的 代谢路径和作用机理是怎样的,最终都是以 DNA分子作为重要靶向,所以研究药物分子与 DNA之间的相互作用、探讨其作用机理是研究 开发各种新型抗癌药物的重中之重 一 ].而金属 配位化合物,尤其是过渡金属配位化合物多以 DNA为靶向,因此研究过渡金属配位化合物与 1 实验部分 1.1试剂和仪器 六水合硝酸钴:分析纯,国药试剂;l一氢一 1,2,3一三氮唑4,5一二羧酸(Htda):分析纯,济南 恒化;CT—DNA:国药试剂;pBR322 DNA、上样缓 冲液、TAE缓冲溶液和Marker:生化试剂,大连 TAKARA. 电子分析天平:Sartorius BS224S;精密数显 酸度计:上海雷磁PHS-25;pH复合电极:E-201一 DNA的作用机理是目前人们关注的热点.本文 采用水热法以1.氢一1,2,3一三氮唑4,5一二羧酸 (Htda)为配体,合成[Co:(ntda) (H2o)6・5H2O] 双核钴配合物,并使用x一射线单晶衍射法结合 绘图软件对其结构进行研究.使用荧光光谱法, 初步研究钴配合物与DNA的作用机理.运用琼 C;磁力搅拌器:金坛大地CJJ-6;电热鼓风干燥 箱:北京科伟101-2;X・射线单晶衍射仪:Bruker Smart CCD;晶体结构分析:SHELX-97软件包; 荧光分光光度计:Perkin Elmer LS55;电泳仪:上 海培青JS-250;自动凝胶图像分析仪:JS一380A. 1.2配合物的合成 脂糖凝胶电泳研究配合物对pBR322 DNA切割 作用,证实配合物[co2(Htda)2(H2O) ・5H2O] 收稿日期:2013—03—22 使用电子分析天平称取0.029 g(0.1 基金项目:国家自然科学基金项目(20971090,21171118);辽宁省特聘教授资助计划和沈阳市重点实验室资助项目(F10-215—1—00) 作者简介: 李健君(1983一),女,吉林榆树人,硕士研究生在读,主要从事药物化学方面的研究. 通讯联系人:高恩军(1962一),男,辽宁沈阳人,教授,博士,主要从事无机药物化学方面的研究. 2 沈阳化工大学学报 mmoL)六水合硝酸钴、0.016 g(0.1 mmoL) 1一氢-1,2,3-三氮唑_4,5一二羧酸(Htda)混合放于 反应釜中,加10 mL水溶解,搅拌下,用0.1 moVL的KOH溶液调pH值至6.6.置于120℃ 烘箱中恒温反应3 d后,每1 h降温1O℃反应至 室温.取出,发现粉红色透明晶体,产率为55%. 使用x一射线单晶衍射仪测定所得配合物的晶体 结构为[co2(Htda)2(H2O)6・5H2O].运用晶体 结构分析软件确定为目标产物. 2配合物的晶体结构 配合物[co2(Htda)2(H2O)6・5H2O]的简要 分子结构如图1所示(省略氢原子和结晶水分 子).中心原子Co和配体的配位形式是六配位、 扭曲八面体构型.中心原子Co1分别与05、 O12、O13、O14、N2和N4以配位键连接.其中 Col与05、N4的连接形式为螯合.中心原子 Co2分别与04、09、O10、O11、N3和N5以配位 键连接,其中Co2与04、N3的连接形式为螯合. 配合物[Co (Htda)2(H2O)6・5H2O]的三维结构 如图2所示(图中虚线表示氢键).由图2可以 看出,配合物的三维结构由配体、配位水、结晶水 之间的氢键构成. 0 C \/ lO N6 b 04 ''、lC02 N5 C8 1 7 O7 ∞c 0 ,… Il 。 ∞ O5 ●Co C ● ’ ●H ●N O2 图1配合物[Co2(Htda)2(H2O)6・5H O] 的分子结构简图 Fig.1 The molecular structure of[Co2(Htda)2 (H2O)6・5H2O] 图2配合物[Co2(Htda)2(H20)6・5H2O] 三维结构示意图 Fig.2 3D structure ofthe complex 3配合物与DNA的作用 3.1荧光光谱分析 应用荧光光谱法研究配合物与小牛胸腺 DNA(CT—DNA)的作用形式.溴化乙锭(EB)是 一种分子荧光探针,被广泛应用于配合物与 DNA作用的研究领域 J.EB作为一种共轭的芳 香平面分子,本身的荧光强度很低,但当EB插 入DNA双螺旋结构的碱基对之间,并形成EB 和DNA的复合物(EB—DNA复合物)以后,EB. DNA复合物的荧光强度较EB本身的荧光强度 会增强几十倍甚至几百倍.配合物加入到体系中 后,会与EB竞争插入DNA,EB就会被配合物 从DNA碱基对之间挤出来,此时体系的荧光强 度就会比配合物加人之前弱.根据已报道过的荧 光筛选法标准:如果配合物使EB—DNA体系荧 光强度减弱程度超过50%,且配合物与DNA 的摩尔比不超过100,即可认为配合物对DNA 发生了显著作用 .由斯特恩・沃尔默(Stern Volmer)方程 :Io/I=1+ ・r(Io/I:存在和 不存在配合物时复合物荧光强度之比;,.:配合物 与所加人的DNA的浓度比;Ks。:配合物的荧光 猝灭常数),可说明配合物对DNA插人作用的 强弱. 。值越大,配合物对DNA插入作用则越 强.配合物对CT—DNA作用的荧光光谱法谱图 见图3,配合物对CT—DNA插入作用荧光猝灭常 数见图4.从图3可以看出:随着配合物浓度的 增加,EB—DNA复合物体系的荧光强度会相应减 弱.配合物对CT—DNA作用的荧光光谱法结果 第1期 李健君,等:一种双核钴配合物的结构及其生物活性研究 3 中可以看到猝灭现象,从图4中可以看出配合物 的猝灭常数K=0.043 6,对cT—DNA具有一定 的插入能力. 1 c:0 2 c:2.5×1O一 mol/L 3 C=5.0×10一 mol/L 4 C:7.5×10一 mol/L 5 C=1.0×10一 mol/L c(DNA): 1×10一 mol/L c(EB)=2×10一 mol/L 图3不同浓度的配合物与DNA作用的荧光光谱 Fig.3 Fluorescence spectra of complexc 图4配合物对EB—DNA复合物体系的荧光猝灭常数 Fig.4 The queching constant of interaction with the EB・DNA system 3.2凝胶电泳分析 电泳,即在外电场作用下,带电小颗粒会向 与其电荷相反电极移动的现象.在一定pH值条 件下,DNA也会带有负电荷,电泳测定时会向电 泳槽的正极移动.电泳现象是分离、鉴定和纯化 DNA片段的主要方法¨ . 在DNA电泳实验中,主要作用力有2种: 即对DNA产生引力的电场力和DNA与电泳基 质(本文使用琼脂糖凝胶)间的摩擦力.而DNA 通过电泳基质速率的主要影响因素有:DNA分 子大小及其构型,电泳基质浓度,电泳槽两端的 电压等.本文以琼脂糖凝胶电泳实验,并对实验 结果进行光密度扫描来定性的研究配合物对 pBR322 DNA的切割作用. 琼脂糖凝胶电泳实验方法如下:购买的 pBR322 DNA保存在零下2O。C环境中.将 pBR322 DNA和一定浓度的配合物混合后,在室 温有氧条件下避光静置2 h,加人上样缓冲液.使 用微量进样器,把经过上述步骤处理后的样品和 空白对照,缓慢注入到事前准备好的琼脂糖凝胶 (琼脂糖含量8 L)的孔洞中,加入TAE缓冲 溶液,放入JS一250电泳仪中,使用120 V的直流 电,电泳时间1 h,取出,放人JS一380A自动凝胶 图像分析仪中,拍照保存.结果见图5和图6. O 1 2 FormⅡ Form I 图5配合物对质粒pBR322 DNA切割的 电泳实验结果 Fig.5 Electrophoresis result of complex to plasmid pBR322 DNA 三一 ~一一一 图6配合物对pBR322 DNA的切割 电泳光密度扫描图 Fig.6 plasmid DNA-cleavage activity of complex by optical densiyt scanning experiment 图5是配合物对pBR322 DNA切割的实验 结果.Lane 0是纯的DNA,Lane 1~3为配合物 与DNA在空气中反应2 h之后的样品(Lane 1~3中配合物浓度分别为13.2、6.6、3.3 ixmoL/ L).从图5可以看出,随着配合物浓度的增大, 配合物使pBR322 DNA的共价闭环带(Form I)逐渐减少,明显的开环双链环状带(Form Ⅱ)出现.通过对配合物进行琼脂糖凝胶电泳实 验可知:配合物对pBR322 DNA细胞具有一定 4 沈阳化工大学学报 2014焦 的切割能力,并且随着配合物浓度的增加,切割 活性也相应增强.图6是由图5经过光密度扫描 所得,由图6可以更明显地看出配合物浓度不 同,对pBR322 DNA的切割程度不同,配合物浓 度逐渐增加时,条带的峰值依次降低,表明配合 物浓度越大时DNA碱基对所剩越少,因此配合 物浓度越大对pBR322 DNA的切割越好. 4结束语 采用水热合成法制备了1个钴(II)配合 物,分子式为[Co2(Htda)2(H2O 6・5H2O].用 x一射线单晶衍射技术测定上述配合物的晶体结 构,并对其分子间弱作用力进行了讨论.配合物 对CT—DNA作用的荧光光谱法结果表明:不同 浓度的配合物加入到EB—DNA复合物之中后均 可见荧光猝灭现象,说明配合物在各个浓度下均 能以插入的方式与DNA结合.配合物的凝胶电 泳实验结果及其光密度扫描结果表明:配合物在 各个浓度下对pBR322 DNA均有一定的切割能 力,且配合物浓度越大对pBR322 DNA的切割 越好.以上荧光光谱实验和凝胶电泳实验结果表 明配合物[co (Htda)2(H2O)6・5H O]在分子水 平对DNA具有一定的生物活性,具有潜在的药 用价值,其细胞水平的生物活性尚有待研究. 参考文献: [1]Zheng F K,Wu A Q,Li Y,et a1.Copper(II), Niclel(II)and Cobalt(II)Complexes of 4-cyano- benzonic Acid:Syntheses,Crystal Structures and Spectral Properties[J].J.Mo1.Struct.,2005,740 (1/3):147—157. 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Key words: wear resistnt;aresin temperature resistance;heavy—duty; epoxy resin; boron phenolic (上接第4页) Structure and Biological Activity of a Binuclear Co(11) Complex[Co2(Htda)2(H2 O)6・5 H2 O] LI Jian-jun ' ,LI Mei.yu ,GAO En-jun。 ,SHEN Guang—hai (1.Yanbin Uniaversity,Yanji 133000,China; 2.Shenyang University of Chemical Technology,Shenyang 1 10142,China; 3.International Key Laboratory of Shenyang Inorganic Molecule—Based Chemical,Shenyang 110142,China) Abstract:The complex[Co2(Htda)2(H2O)6・5H2O](Htda=1H一1,2,3-triazole-4,5-dicarboxylic acid)was synthesized by hydrothermal method and characterized by X—ray analysis.The binding of he tti— tle complex wih caltf thymus DNA(CT—DNA)was studied by fluorescence spectra.Gel electrophoresis assay and the optical density scanning experiment demonstrated the ability to cleave the pBR322 DNA of he complex.t Key words: Co(II);X-ray analysis; fluorescence quenching; gel electrophoresis; optical density