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密度函数理论研究插入配体碱基化对多吡啶钌配合物与DNA相互作用的影响

http://www.wendangku.net/doc/e4a1434f2b160b4e777fcf04.html

密度函数理论研究插入配体碱基化对多吡啶钌配合物

与DNA相互作用的影响1

高峰,魏远芳,孙倩,巢晖,计亮年*

中山大学化学与化学工程学院生物无机与合成化学教育部重点实验室,广州(510275)

E-mail:cesjln@http://www.wendangku.net/doc/e4a1434f2b160b4e777fcf04.html

摘要:通过基于密度泛函理论(DFT)计算,从配合物的空间构型、分子轨道能级以及布居等理论角度,讨论几种不同结构的多吡啶钌(II)配合物与DNA相互作用的方式和强度等方面的问题。

关键词:多吡啶钌配合物;DNA作用;密度泛函理论

1.引言

过渡金属离子及其配合物在识别核酸结构和核酸断裂具有独特的性质,因此广泛的应用于对核酸酶的模拟研究中,被称为金属核酸酶。多吡啶Ru(II)配合物由于自身结构、性质等许多方面的优点,表现出多样的核酸结合方式及较强的诱导核酸断裂能力,因此成为一类非常有前途的金属核酸酶。目前对于多吡啶Ru(II)配合物与核酸相互作用的研究,尤其是典型的基于dppz的配合物,大部分集中于配合物与DNA结合方式、结合能力、对映体选择性以及结合过程的发光性质等方面,而对其识别核酸序列的特异性的研究相对较少。事实上,dppz配体本身结构单一,不具有潜在的识别核酸序列的能力。文献所报道的[Ru(bpy)2dppz]2+,[Ru(phen)2dppz]2+,[Ru(5,6-dmp)2dppz]2+等配合物对AT碱基对具有的选择性,很大程度上决定于AT碱基对在DNA小沟中相对GC更容易被结合的特点[1–3]。在已报道的具有DNA 序列选择性的多吡啶Ru(II)配合物中,与DNA插入结合的配合物除了[Ru(tpm)(py)(dppz)]2+[4]外,基本上优先结合AT碱基对[5,6]。许多理论和实验的研究都证明,鸟嘌呤G是最容易被氧化的碱基,绝大多数的DNA损伤都发生在鸟嘌呤上[7–14]。G碱基与不同的邻近碱基组合的氧化电位也不同,其中最低的是5’-GG-3’,因此许多氧化性较强的有机小分子或金属配合物可以特异性的氧化断裂5’-GG-3’位点。而氧化电位更低的5’-GGG-3’则被作为DNA电荷转移研究中的电子给体。另一方面,在生物体内鸟嘌呤损伤修复是很重要的一个过程。同时,在含有丰富的G的基因中,局部容易产生对基因表达有重要影响的G–四聚体的DNA 二级结构[15]。因此设计能够特异性识别GC碱基对或富含GC碱基对的DNA的小分子配合物,对研究与鸟嘌呤相关的化学和生物学问题都具有一定的意义。DNA插入型的多吡啶Ru(II)配合物既具有光学活性,又具有诱导DNA断裂的性质,

因此是一类值得期待的小分子DNA结构探针。基于这种想法,我们将鸟嘌呤的结构引入多吡啶Ru(II)配合物的插入配体中插入到DNA碱基对中的部位,通过Watson-Crick碱基配对原理,与DNA中的GC碱基对产生特异性的作用,开发了具有特异性识别GC能力的非放射性DNA序列探针,为探索高选择性的金属核酸酶打下一定的基础[16]。在本文中,我们通过对母体配合物和碱基化的配合物的量子化学理论计算,研究配合物结构、分子轨道的能级和布居等性质对多吡啶Ru(II)配合物与DNA作用行为的影响,为今后更加理性的设计更多新的性能优异的DNA序列识别探针提供一些理论基础。

1本课题得到国家自然科学基金,高等学校博士学科点专项科研基金,中山大学青年教师科研启动基金的资助。

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