生物無機化學(xué)講義

1、第一章 生物配體及其配合物在大多數(shù)情況下，金屬元素并不是以自由離子形式存在于生物體內(nèi)，而是與生物體中具有生物功能的配體形成各式各樣的配合物，這些生命內(nèi)的配位體稱為生物配體。按照相對分子量的大小，生物配體可分為兩大類：一類為大分子配體，包括蛋白質(zhì)、多糖、核酸等，其分子量大小從幾千到數(shù)百萬不等；另一類為小分子配體，包括氨基酸、羧酸、卟啉等。第一節(jié) 氨基酸氨基酸是指含有氨基的羧酸，為蛋白質(zhì)的基本組成單位。按照軟硬酸堿理論，氨基酸具有堿性較強的氨基及堿性較弱的羧基，故氨基酸具有很強的配位能力，能與大多數(shù)過渡及稀土元素形成配合物。一、 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式 自然界中已發(fā)現(xiàn)氨基酸有上百種，但從蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物中

2、分解出來的氨基酸通常只有20種，而且這些氨基酸，除脯氨酸外，具有相似的結(jié)構(gòu)單元，均為-氨基酸，即羧酸分子中-碳原子的一個氫原子被氨基取代而成的化合物。其結(jié)構(gòu)通式可用下式表示。式中R 為-氨基酸的側(cè)鏈，方框內(nèi)的基團為各種氨基酸的共同的結(jié)構(gòu)。 不帶電形式 帶電形式圖1-1 氨基酸結(jié)構(gòu)通式二、 氨基酸的分類氨基酸分類法有多種，這里根據(jù)組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸的側(cè)鏈R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，分為4大類：1、 脂肪族氨基酸： 一氨基一羧基氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、絲氨酸、蘇氨酸；一氨基二羧基氨基酸及其酰胺：谷氨酸、谷氨酰胺 、天冬氨酸、天冬酰胺；二氨基一羧基氨基酸

3、：賴氨酸、精氨酸；2、 芳香族氨基酸：苯丙氨酸、酪氨酸；3、 雜環(huán)氨基酸：組氨酸、色氨酸；4、 雜環(huán)亞氨酸：脯氨酸。表1-1 氨基酸分類表普通名稱中英文簡稱結(jié)構(gòu)式等電點1、脂肪族氨基酸一氨基一羧基氨基酸 甘氨酸甘Gly5.97丙氨酸丙Ala6.00纈氨酸纈Val5.96亮氨酸亮Leu5.98異亮氨酸異亮Lle6.02蛋氨酸(甲硫氨酸)蛋Met5.74半胱氨酸半胱Cys5.07絲氨酸絲Ser5.68蘇氨酸蘇Thr6.16一氨基二羧基氨基酸谷氨酸谷Glu3.22天冬氨酸天Asp2.77二氨基一羧基氨基酸賴氨酸賴Lys9.74精氨酸精Ary10.762、芳香族氨基酸苯丙氨酸苯Phe 5.48酪氨酸酪

4、Tyr5.66 3、雜環(huán)氨基酸及雜環(huán)亞氨基酸組氨酸組His 7.59色氨酸色Try5.89脯氨酸脯Pro6.30三、 氨基酸的立體異構(gòu)和旋光性從上述結(jié)構(gòu)通式可看出，除R為H（甘氨酸）外，所有-氨基酸分子中-碳原子都為不對稱碳原子。因此，第一，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用（）表示，右旋者用（+）表示；第二，每一種氨基酸都D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物中的-氨基酸都屬于L-型，即與L-甘油醛同型。生物體中，特別是在細菌中也有D-型氨基酸。D-型氨基酸和L-型氨基酸結(jié)構(gòu)式如圖1-2所示。 D-型氨基酸 L-型氨基酸 圖1-2 D-型和L-型氨基酸四、 氨

5、基酸的酸堿性質(zhì)實驗證明，氨基酸在水溶液中或晶體狀態(tài)時都以離子形式存在，與無機鹽不同的是它以兩性離子的形式存在，即 ，所謂兩性離子是指在同一個氨基酸分子上帶有能放出質(zhì)子的 正離子和能接受質(zhì)子的負離子。因此氨基酸是兩性電解質(zhì)。氨基酸的兩性離子在水溶液中有如下平衡： 正離子 兩性離子 負離子上述三種離子的濃度，隨溶液pH而變。如果適當(dāng)調(diào)節(jié)水溶液pH，使氨基酸的酸性電離和堿性電離恰好相抵消，氨基酸在溶液中只以兩性離子的形式存在，分子的凈電荷為零，這時的pH稱為氨基酸的等電點（pI）。在等電點的氨基酸分子很容易聚集并沉淀析出，利用各種氨基酸的等電點不同，可使它們彼此分離。第二節(jié) 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是動物、植

6、物和微生物細胞中最重要的有機物質(zhì)之一。除含有碳、氫、氧、氮外，含有少量的硫。不同蛋白質(zhì)的含氮均有一定的比例，這是蛋白質(zhì)的一重要特點。一般蛋白質(zhì)含氮在15%17.6%，平均值為16%，因此只要測定樣品的含氮量就可以計算求出樣品蛋白質(zhì)含量。實驗已經(jīng)證明蛋白質(zhì)是由各種氨基酸通過肽鍵連接而成的多肽鏈，再由一條或多條肽鏈按各自特殊方式組合成完整生物活性的大分子。隨著肽鏈數(shù)目、氨基酸組成及其排列順序的不同，就有不同的三維結(jié)構(gòu)也就形成了不同蛋白質(zhì)。一、 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為四級。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指肽鏈的數(shù)目、肽鏈中氨基酸的連接方式和排列順序，以及二硫鍵的數(shù)目和位置。二級以上是指空間結(jié)構(gòu)。肽鏈中

7、的肽鍵是由一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基縮合去一個水分子而成。下圖為蛋白質(zhì)中多肽鏈一個片斷的結(jié)構(gòu)通式，表示氨基酸的種類、連接方式和排列順序。 肽鏈上的R1、R2、R3代表各種氨基酸的不同側(cè)鏈。它們對維持蛋白質(zhì)分子的立體結(jié)構(gòu)和行使蛋白質(zhì)功能都起著重要作用。方框內(nèi)為肽鍵，多個氨基酸以這種方式首尾相連而形成肽鏈。肽鏈中的氨基酸已不是原來完整的分子，而是具有 結(jié)構(gòu)的氨基酸殘基。在蛋白質(zhì)和多肽分子中，連接氨基酸殘基的共價鍵除肽鍵外，較常見的還有二硫鍵，它由兩個半胱氨酸殘基的巰基脫氫氧化連接而成。它可以使兩條肽鍵共價交聯(lián)，或使一條肽鏈的某一部分成環(huán)。 圖1-3 蛋白質(zhì)肽鏈中和肽鍵間二硫鍵示意圖二、

8、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子的多肽鏈并非呈直線伸展，而是盤曲和折疊成特有的空間構(gòu)象。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)指多肽鏈盤曲折疊方式。目前公認二級結(jié)構(gòu)主要指-螺旋、-折疊結(jié)構(gòu)。1、 -螺旋結(jié)構(gòu)其要點如下：-螺旋結(jié)構(gòu)中，每隔3.6個氨基酸殘基，螺旋上升1圈。螺旋沿螺旋體的中心軸每上升1圈相當(dāng)于向上平移0.54nm，即每個氨基酸殘基沿軸上升0.15nm。螺旋上升時，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100°。-螺旋體中氨基酸殘基側(cè)鏈伸向外側(cè)，相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵，氫鍵取向幾乎與中心軸平行。氫鍵是由每個氨基酸殘基的N-H 與前面隔三個氨基酸殘基的C=O形成的。-螺旋體的結(jié)構(gòu)允許所有肽鍵都能參與鏈內(nèi)氫鍵的形成，正是由于

9、氫鍵的作用，-螺旋的構(gòu)想非常穩(wěn)定。螺旋體內(nèi)氫鍵形成示意圖如下：-螺旋結(jié)構(gòu)有左手螺旋和右手螺旋兩種，天然蛋白質(zhì)的-螺旋絕大多數(shù)為右手螺旋。近年來，也偶爾發(fā)現(xiàn)極少數(shù)蛋白質(zhì)中存在左手-螺旋結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)多肽鏈能否形成-螺旋結(jié)構(gòu)以及形成的螺旋體是否穩(wěn)定，與它的氨基酸組成和序列有直接關(guān)系。如多肽鏈中有脯氨酸時，-螺旋就會被中斷，并產(chǎn)生一個結(jié)點，這是因為脯氨酸的-亞氨基上氫原子參與形成肽鍵后，再沒有多余氫原子形成氫鍵，所以肽鏈序列上有脯氨酸殘基時，肽鏈就不轉(zhuǎn)彎不再形成-螺旋。2、-折疊結(jié)構(gòu)在-折疊結(jié)構(gòu)中，肽鏈采取較伸展的形式，各條肽鏈的長軸平行，相鄰肽鏈之間借助氫鍵連接成如圖1-4的片狀結(jié)構(gòu)。這種由一條肽鏈

10、的羰基和另一個肽鏈的亞氨基形成。在-折疊結(jié)構(gòu)中，所有肽鏈均參與構(gòu)成鏈間的氫鍵，并且氫鍵與肽鏈長軸接近垂直。圖1-4 -折疊結(jié)構(gòu)三、 蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)及四級結(jié)構(gòu)多肽鏈首先在某些區(qū)域相鄰氨基酸形成有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)，然后以相鄰的二級結(jié)構(gòu)片段集裝成超二級結(jié)構(gòu)，進而折疊繞曲成結(jié)構(gòu)域，由兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)域組裝成三級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈上的所有原子在三維空間的分布。大多數(shù)相對分子質(zhì)量大的蛋白質(zhì)都是由幾個多肽鏈組成為1個活性單位。這些肽鏈相互以非共價聯(lián)結(jié)成一個相當(dāng)穩(wěn)定的單位，這種肽鏈就稱為該蛋白質(zhì)的亞基。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是指亞基之間的相互關(guān)系，空間排布，亞基間通過非共價鍵聚合而成的特定構(gòu)象。亞基

11、單獨存在，無生物活性或活性很小，只有通過亞基相互聚合成四級結(jié)構(gòu)時，蛋白質(zhì)才是具有完整的生物活性。四、 蛋白質(zhì)分子中的共價鍵及非共價鍵蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)是由共價鍵形成，如肽鍵和二硫鍵都屬于共價鍵。而維持蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象的作用力主要是非共價鍵作用，包括氫鍵、鹽鍵、疏水鍵范德華力等。氫鍵是維持蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)如-螺旋結(jié)構(gòu)、-折疊結(jié)構(gòu)等構(gòu)象的作用力，如前所述，這種氫鍵不但存在于多肽鏈的鏈內(nèi)，而且鏈間的也存在大量的氫鍵。疏水鍵是指多肽鏈上疏水性較強的氨基酸如纈氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等具有芳環(huán)或雜環(huán)等疏水側(cè)基可以避開水而相互聚集在一起，形成孔穴，對維持蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)起著重要作用。鹽鍵是指蛋白質(zhì)中正負電荷

12、的側(cè)基相互接近，通過靜電吸引而形成的非共價鍵，如羧基和氨基、咪唑等基團之間的作用力。范德華力是指分子間非極性基團的偶極與偶極之間的相互作用，以及極性基團的偶極與偶極之間的相互作用。第三節(jié) 核酸1869年Miescher 從膿細胞的細胞核中分離出含磷很高的酸性化合物，稱為核素，1889年Altman 制備了不含蛋白質(zhì)的同類物質(zhì)，首次使用“核酸”這一名稱，以后四五十年里，Kossel等人在確定核酸組分方面做了大量而卓有成績的工作，逐步明確了核酸可分為兩大類，含脫氧核糖的稱為脫氧核糖核酸（DNA），含核糖的稱為核糖核酸（RNA）。1943年Avery通過細菌轉(zhuǎn)化實驗證明了DNA是重要遺傳物質(zhì)，第一次

13、向人們展示了DNA的生理功能。1953年，兩個年輕科學(xué)家在前人工作的基礎(chǔ)上，提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，從分子水平上闡述了生命遺傳物質(zhì)，提出DNA的半保留復(fù)制機理，為現(xiàn)代分子生物學(xué)奠定基礎(chǔ)。 1975年Berg建立了DNA體外重組技術(shù) 基因工程，使核酸的研究取得了迅猛的發(fā)展，并逐步轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用。所有這些劃時代的發(fā)現(xiàn)，無不改變?nèi)藗兊纳睿蔀槿藗兲剿魃鼕W秘和創(chuàng)造最大財富的武器。2001年，美、英、日、法、德和中國科學(xué)家宣布共同完成了人類基因組序列的測試工作，這是繼發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)后生命科學(xué)中的又一里程碑，標志著人類基因組時代的到來。在揭示核酸這一生命遺傳物價的遺傳奧秘的進程，一系列工具酶的使用

14、起著重要作用，使人們有可能對DNA和RNA的結(jié)構(gòu)進行詳細分析，并有可能將不同來源的遺傳物質(zhì)重新組合，賦予生物體新的性狀，或按照擬定的藍圖設(shè)計出新的生物體。一、 核酸的化學(xué)組成與分類核酸完全水解產(chǎn)生嘌呤和嘧啶等堿性物質(zhì)、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解則產(chǎn)生核苷和核苷酸。每個核苷分子含一分子堿基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除產(chǎn)生核苷外，還有一分子磷酸。核酸的逐步水解過程如下圖： 磷酸核酸核苷酸（堿基-戊糖-磷酸）核苷酸（堿基-戊糖）嘌呤和嘧啶（堿基）核糖或脫氧核糖（戊糖） 圖1-5 核酸連續(xù)水解的降解產(chǎn)物1、核糖和脫氧核糖 RNA和DNA兩類核酸是因所含的戊糖不同而分類

15、的。核酸分子中的戊糖都是-D-型，RNA含D-核糖，DNA含D-2-脫氧核糖，兩者不同之處在于核糖的第二個碳原子上羥基甲基化。為了避免與堿基環(huán)上的原子編號混淆，糖環(huán)碳原子編號通常加“´”。 -D-核糖 -D-脫氧核糖圖1-6 核糖和脫氧核糖結(jié)構(gòu)圖2、嘌呤堿和嘧啶堿兩類核酸所含的主要堿基都是4種，兩種嘌呤堿為嘌呤的衍生物，兩種嘧啶堿為嘧啶衍生物。它們所含的兩種嘌呤堿完全相同，即腺嘌呤和鳥嘌呤。DNA和RNA所含的嘧啶堿有所不同。RNA主要含胞嘧啶和尿嘧啶，大多數(shù)DNA也含胞嘧啶，但不含尿嘧啶而以胸腺嘧啶代之。嘌呤堿和嘧啶堿分子中都有共軛雙鍵，各有特征的紫外吸收光譜。 鳥嘌呤Gua腺嘌呤

16、 Ade嘌呤 胸腺嘧啶 Thy尿嘧啶Ura胞嘧啶 Cyt嘧啶圖 1-7 嘌呤堿和嘧啶堿3、核苷核苷由堿基和核糖或脫氧核糖縮合而成。戊糖的第1個碳原子（C1´）通常與嘌呤堿的第9個氮原子或嘧啶堿的第1個氮原子相連。連接堿基和戊糖的N-C鍵稱為N-糖苷鍵。X-射線結(jié)構(gòu)分析證實，核苷的堿基與糖環(huán)平面相互垂直，如圖1-8 為腺嘌呤核苷酸和胞嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu)。 腺嘌呤核苷 胞嘧啶脫氧核苷 圖1-8核苷核苷用堿基第一個字母符號表示（A、G、C、U）表示，脫氧核苷則在單字符號加小寫的d（dA、dG、dC、dT）。常見的核糖核苷有四種：腺嘌呤核苷（A）、鳥嘌呤核苷（G）、胞嘧啶核苷（C）、尿嘧啶核苷

17、（U）；常見的脫氧核糖核苷有四種：腺嘌呤脫氧核苷（dA）、鳥嘌呤脫氧核苷（dG）、胞嘧啶脫氧核苷（dC）、胸腺嘧啶脫氧核苷（dT）；4、核苷酸核苷中的戊糖上羥基與磷酸酯化后就形成核苷酸。根據(jù)戊糖的不同，把核酸分為兩大類：核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸。核糖核苷酸的糖環(huán)上有三個自由羥基，能形成2´，3´，5´三種不同核苷酸；脫氧核糖苷則只能形成3´和5´兩種核苷酸。 圖1-9 5´-胞嘧啶脫氧核苷酸二、 核酸結(jié)構(gòu)1、 核酸的一級結(jié)構(gòu)構(gòu)成核酸大分子的基本單位是核苷酸。研究證明DNA和RNA都是沒有分支的多核苷酸長鏈。鏈中每個核苷酸的3

18、0;-羥基和相鄰核苷酸的戊糖上5´-磷酸相連。因此，核苷酸間的連接鍵是3´，5´磷酸二脂鍵，由相間排列的戊糖和磷酸構(gòu)成核酸大分子的主鏈，而代表其特性的堿基則可以看成是有次序地連接在主鏈的側(cè)鏈基團。主鏈上的磷酸基是酸性的，在生物體內(nèi)pH條件下帶負電荷；而嘌呤和嘧啶堿基因相對不溶于水而具有疏水性質(zhì)。另外，由于所有核苷酸間的磷酸二酯鍵有相同的走向，RNA和DNA鏈都有特殊的方向性，而每條線形核酸鏈都有一個5´-末端和一個3´-末端。圖1-10 核酸（上圖）和脫氧核糖核酸（下圖）片段結(jié)構(gòu)2、 DNA的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)1953年年輕科學(xué)家Watson和Cr

19、ick 在前人工作基礎(chǔ)上提出著名的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，后人許多工作證明，這個模型基本是正確的。其要點：（1）DNA分子是由兩條方向相反的平行多核苷酸鏈構(gòu)成的，一條鏈5´-末端與另一條3´-末端相對（如圖1-11）。兩條鏈的糖-磷酸主鏈都是右螺旋，有一共同的螺旋軸，螺旋表面有一條大溝和一條小溝。圖1-11 DNA雙螺旋的兩條鏈（2）兩條鏈上的堿基均在主鏈的內(nèi)側(cè)，一條鏈上的A一定與另一條鏈上的T配對，G一定與C配對，其間距離剛好與雙螺旋的直徑吻合。根據(jù)堿基構(gòu)象研究結(jié)果，A與T配對形成兩條氫鍵，G與C配對形成3個氫鍵（圖1-12）。由于堿基對的大小基本相同，所以無論堿基序列如何，雙螺

20、旋DNA分子整個長度的直徑相同，螺旋直徑為2nm。 圖1-12 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基對間氫鍵A-T 堿基對間兩條氫鍵；G-C堿基對間三條氫鍵；C1 表示脫氧核糖中第1個碳原子（3）成對堿基對大致處于同一平面，該平面與螺旋軸基本垂直。糖環(huán)平面與螺旋軸基本平行，磷酸基連在糖環(huán)的外側(cè)。相鄰堿基對平面間距離為3.4Å，該距離使堿基平面間電子云可在一定程度上相互交蓋，形成堿基堆積力。雙螺旋每轉(zhuǎn)一周有10個堿基對，因而每轉(zhuǎn)的高度為34 Å。 維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要作用力是堿基對堆積力，它是由芳環(huán)族堿基的電子相互作用引起的。DNA分子中堿基層層堆積，在DNA分子內(nèi)部形成了一個疏水

21、環(huán)境，從而促使互補堿基對間形成氫鍵。第二種力是互補堿基對間的氫鍵 ，它在使堿基形成特異配對時起重要作用。第三種力是磷酸殘基上的負電荷與介質(zhì)中的陽離子之間的形成的離子鍵，因為在生理pH條件下，DNA帶有大量負電荷，如果沒有陽離子與它成鍵，由于自身不同部位的負電荷間的排斥作用，將使DNA非常不穩(wěn)定。圖1-13 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型3、 DNA的三級結(jié)構(gòu)在雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，DNA還可以形成三級結(jié)構(gòu)。除了上述鏈狀結(jié)構(gòu)外，生物體普遍采取雙鏈環(huán)型DNA的形式。完整的雙鏈環(huán)型DNA在某些情況下可以扭曲成麻花狀的超螺旋或超卷曲結(jié)構(gòu)。4、 DNA的構(gòu)型DNA的主要結(jié)構(gòu)形式有B型、A型和Z型。另外，還有其他如發(fā)

22、卡結(jié)構(gòu)等一些不規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式。DNA 中最常見的結(jié)構(gòu)為B型，它的主要結(jié)構(gòu)特點是； 右手螺旋結(jié)構(gòu)；分子以大溝和小溝交替纏繞；平行的堿基對之間平均距離為0.34nm；堿基中糖環(huán)采取C2´向內(nèi)的折疊形式。A型DNA也是右手螺旋結(jié)構(gòu)，但堿基中的糖環(huán)取C3´向內(nèi)的折疊形式，所以與B型DNA相比，它的形狀較寬，大溝較深，小溝較窄，堿基對之間的平均距離為0.23nm。Z型DNA為左手螺旋，它的堿基序列特點是嘌呤和嘧啶交替伸展，沒有明顯的大溝、小溝之間的差異。第四節(jié) 氨基酸、肽、蛋白質(zhì)的金屬配合物一、氨基酸、肽的金屬配合物 氨基酸具有很強的配位能力，多作為二齒配體，以-碳上的氨基和羧基作為

23、 配位基團與金屬離子配位，形成具有五元環(huán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定螯合物，如圖1-14 所示在一定條件下，某些氨基酸的側(cè)鏈上的基團如咪唑環(huán)等也可以參加配位。圖1-14 L-酪氨酸與銅離子、鈀離子形成的配合物肽與金屬離子配位時，除末端氨基、羧基和氨基酸殘基側(cè)鏈的某些基團可作為配位基團外，肽鍵中羰基和亞氨基也可能參與配位，一般金屬-蛋白質(zhì)配合物的結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜。二 、蛋白質(zhì)的金屬配合物 蛋白質(zhì)與金屬離子的配位與氨基酸和寡肽有顯著的不同，在金屬蛋白質(zhì)分子中，兩個配位原子之間往往隔有一定數(shù)目的氨基酸殘基。金屬離子和蛋白質(zhì)形成配合物后，金屬可影響蛋白質(zhì)電子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)能力，并對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用。金屬-蛋白質(zhì)配合物

24、的結(jié)構(gòu)可分為兩類：一類是金屬離子與蛋白質(zhì)牢固結(jié)合在一起，金屬離子是蛋白質(zhì)的組成部分，當(dāng)金屬離子移去或被取代后，金屬蛋白的活性將隨之失去。在這一類金屬蛋白質(zhì)中，金屬與蛋白質(zhì)之比為一恒定常數(shù)，金屬與蛋白質(zhì)組成一個穩(wěn)定的配合物。另一類是金屬和蛋白質(zhì)結(jié)合較弱，金屬極易通過滲析法除去，且金屬與蛋白質(zhì)的比例不恒定。第二章 金屬配合物與DNA相互作用的研究眾所周知，核酸是生物體重要的遺傳物質(zhì)、遺傳信息的攜帶者和基因表達的物質(zhì)基礎(chǔ)，它在生物的生長、發(fā)育和繁衍等活動中起著十分重要作用。Watson 提出的DNA雙螺旋二級結(jié)構(gòu)給分子生物學(xué)帶來了希望之光，但是，他們提出的DNA的主鏈形成的右手螺旋的假設(shè)即B-DNA

25、 一直沒有得到有力的證明，曾在國際上存在一系列的爭論。而且，科學(xué)家們還在兔血中證實了左手螺旋DNA即Z型DNA的存在，生物體中B-DNA和Z型DNA之間存在一定平衡狀態(tài)。目前，從天然及合成的核酸的X射線衍射分析還發(fā)現(xiàn)有A-DNA、C-DNA、D-DNA等構(gòu)型，盡管它們都為雙螺旋結(jié)構(gòu)，但它們的結(jié)構(gòu)具有明顯不同。這一發(fā)現(xiàn)能夠解釋許多特征生命現(xiàn)象，引起世界各國科學(xué)家的高度重視。20世紀80年代，生物無機化學(xué)家在研究金屬離子與核酸的相互作用機制時，發(fā)現(xiàn)某些金屬配合物可作為DNA的結(jié)構(gòu)探針，用于判別B-DNA和Z型DNA。B-DNA的疏水型堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，具有親水性的磷酸二酯鍵形成多聚核苷酸為主鏈外

26、側(cè)，由于Z-DNA中堿基鳥嘌呤的C-8和N-7暴露于雙螺旋的外側(cè)，受保護程度小，容易受化學(xué)致癌劑攻擊而引起化學(xué)反應(yīng)，因此，Z-DNA可能與突變、基因表達和調(diào)控有關(guān)。DNA為抗癌藥物的重要靶標之一，科學(xué)家們已經(jīng)證實臨床順鉑的抗癌機理，順伯中的Pt原子能夠與DNA小溝中的同一鏈上相鄰鳥嘌呤dGPG的N7共價結(jié)合形成鏈內(nèi)加合物，使DNA雙鏈解旋并彎曲，從而起到抗癌作用。因此，金屬配合物和大分子DNA相互作用研究來探索DNA的結(jié)構(gòu)與功能，將有助于人們從分子水平上了解生命現(xiàn)象的本質(zhì)，并從基因水平上理解癌癥、遺傳病、艾滋病等疾病的發(fā)病機理和藥物作用機理，從而使通過分子設(shè)計尋找有效的治療藥物成為可能。插入D

27、NA的某些配合物將可作為人工核酸酶、DNA結(jié)構(gòu)探針、DNA分子光開關(guān)試劑、DNA斷裂試劑和抗癌藥物等。第一節(jié) 配合物與DNA的作用方式核酸由平行堆積的堿基、聚合的陰離子磷酸骨架以及兩條有核苷酸鏈形成的大溝、小溝組成了配合物分子識別的位點。小分子與DNA的結(jié)合常常誘發(fā)很多生物效應(yīng)，這種結(jié)合按化學(xué)鍵來劃分主要有非共價鍵結(jié)合和共價鍵結(jié)合。一、非共價結(jié)合非共價結(jié)合包括靜電力結(jié)合、溝內(nèi)結(jié)合和嵌插結(jié)合，如圖2-1所示。另外氫鍵、范德華力、疏水鍵等弱相互作用使配合物小分子通過溝內(nèi)或嵌插結(jié)合在DNA的螺旋溝或堿基中，加上靜電力作用，會誘導(dǎo)許多生物效應(yīng)，阻礙核酸信息的正常表達。圖2-1 DNA與小分子的非共價結(jié)

28、合的三種模式(1)外部靜電結(jié)合核酸是一個高度帶電的聚合電解質(zhì)，它的陰離子磷酸根部分強烈地影響DNA的構(gòu)象及其反應(yīng)。小分子與DNA 的靜電結(jié)合即小分子通過非特異性的相互作用結(jié)合于帶負電的DNA雙螺旋外部的磷酸骨架，如圖2-1（1）示。有些小分子與DNA的靜電作用隊其與DNA間的嵌插作用起重要的穩(wěn)定作用。(2)溝內(nèi)結(jié)合很多蛋白質(zhì)與DNA的特異性結(jié)合是發(fā)生在DNA的大溝內(nèi)，而小分子一般在小溝區(qū)作用。大、小溝區(qū)在電勢能、氫鍵特征、立體效應(yīng)、水合作用上都有很大的不同。大多數(shù)的溝內(nèi)結(jié)合的小分子含有芳香雜環(huán)結(jié)構(gòu)如呋喃、吡咯或苯環(huán)，這些苯環(huán)有扭轉(zhuǎn)自由的鍵連接著，由此產(chǎn)生合適的扭轉(zhuǎn)力來配合小溝內(nèi)螺旋曲線，取代溝

29、區(qū)內(nèi)的水分子并于DNA雙螺旋鏈中的溝區(qū)的堿基對邊緣通過范德華力形成接觸，小分子在小溝區(qū)結(jié)合的特異性也緣于此。溝內(nèi)結(jié)合的小分子就是這樣選擇性的作用于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中AT較為豐富的片段，通過氫鍵、范德華力等作用，非嵌入性地捆縛住DNA，從而阻止DNA的模版復(fù)制，起到抗病毒、抗腫瘤的作用。(3)嵌插結(jié)合嵌插結(jié)合是藥物分子與DNA發(fā)生作用的重要形式之一。它是以平面或幾乎平面的芳香雜環(huán)嵌入DNA的堿基對中如圖2.2（3）。這是芳環(huán)的離域體系與堿基體系的-相互作用及疏水作用的結(jié)果。當(dāng)小分子嵌入DNA堿基對后，有的可能抑制DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄功能，有的則在經(jīng)過進一步活化后使DNA斷裂受損而影響其功能。而且手型

30、配合物與DNA 發(fā)生嵌插結(jié)合時具有識別DNA構(gòu)型等的能力，如科學(xué)家們在研究Zn(phen)32+、Co(phen)33+和 Ru(bipy)2(HNOIP) 2+等手性配合物與DNA的作用時發(fā)現(xiàn)，這類手性金屬配合物與DNA作用時，只有一個Phen 插入到DNA的堿基對之中，另外的兩個phen留在DNA的雙螺旋外，型Zn(phen)32+與右手螺旋的DNA作用時，未插入DNA的兩個phen剛好與B型DNA分子空間匹配；型 Ru(bipy)2(HNOIP) 2+的兩個bipy與右手螺旋的DNA的磷酸骨架碰撞，而未能插入B型DNA中。當(dāng)與左手螺旋的Z型DNA作用時，情況剛好相反，型配合物優(yōu)先與其發(fā)生

31、嵌插作用，型配合物由于手性不能匹配，未能插入。這表明手性配合物對DNA作用具有立體選擇性分子識別能力，可作為DNA二級結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)探針。 圖2-2 手性配合物的分子結(jié)構(gòu)圖二、共價結(jié)合共價結(jié)合包括與親核試劑的作用和與親電試劑的反應(yīng)。主要表現(xiàn)為DNA的烷基化及DNA的鏈間交聯(lián)和鏈內(nèi)交聯(lián)等，與非共價結(jié)合相比，DNA靶向分子與DNA共價結(jié)合序列特異性識別能力要強的多。小分子與特定堿基作用并形成加合物，使DNA雙鏈解旋并彎曲。如順伯中的Pt原子能夠與DNA小溝中的同一鏈上相鄰鳥嘌呤的N7共價結(jié)合形成鏈內(nèi)加合物，使DNA雙鏈解旋并彎曲。圖2-3 cis-Pt(NH3)2離子與DNA片段分子d(GGAGACC

32、AGAGG)（上圖）和（dpGpG）（下圖）形成的鏈內(nèi)加合物晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié) 配合物與DNA作用的研究手段為探討DNA與金屬配合物間的相互作用及作用機理，許多研究方法和技術(shù)被引入此研究領(lǐng)域。一、 紫外/可見光譜法含有堿基生色團的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA分子，其UV/Vis吸收光譜在260nm附近有一強吸收峰，當(dāng)小分子與核酸結(jié)合后，對核酸或小分子吸收峰的吸收光譜都會引起變化，可根據(jù)相互作用前后DNA或其它分子的吸收譜帶的變化對金屬配合物與作用模式進行判斷。 對于DNA的吸收光譜來說，如導(dǎo)致構(gòu)象變化，則產(chǎn)生減色效應(yīng)和紅移現(xiàn)象，且作用越強減色效應(yīng)越明顯；如導(dǎo)致DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的破壞，則產(chǎn)生增色效應(yīng)。 對于金屬

33、配合物等小分子的特征吸收譜帶。當(dāng)金屬配合物嵌插如DNA堿基對中，即發(fā)生插入作用時，將會發(fā)生減色效應(yīng)，這是因為DNA堿基對與插入配體間發(fā)生電子嘴積，使后者的*空軌道上也有一定的電子填充，從而使MLCT躍遷的幾率減少。減色效應(yīng)的強弱，能夠反映插入能力的大小，插入能力越強，減色效應(yīng)越強。與DNA發(fā)生插入作用后的配合物，插入配體與DNA堿基對間發(fā)生電子堆積后，配合物的配體共軛性加強，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，紅移程度反映出插入能力的大小。插入能力強的配合物，紅移較大，插入能力弱的配合物，紅移較小。如圖2-4所示，我們課題組合成的Pd(phen)(trp)Cl·5H2O和 Pd (NO2phen)(trp

34、)Cl·5H2O與DNA相互作用的紫外光譜圖，配合物與DNA發(fā)生后發(fā)生紅移和減色效應(yīng)，證明與DNA發(fā)生了嵌插作用。圖2-4 Pd (phen)(trp)Cl·5H2O及Pd(NO2phen)(trp) Cl·5H2O與DNA作用的紫外光譜圖二、熒光光譜法熒光光譜作為一種快速、靈敏的譜學(xué)技術(shù)應(yīng)用于DNA與小分子相互作用的研究?？筛鶕?jù)兩者相互作用前后熒光強度的變化判斷小分子與DNA的作用模式。溴化乙錠（EB）是應(yīng)用最早的熒光探針，被廣泛應(yīng)用于抗癌藥物的篩選和小分子與DNA作用的研究，它是一共軛平面分子，本身熒光很弱，但能專一地插入DNA雙螺旋或三螺旋內(nèi)部的堿基對之間，

35、形成EB-DNA復(fù)合物，因而熒光強度大大加強。當(dāng)有能與其競爭插入DNA的配合物存在時，EB會被配合物從DNA中擠出來，而體系的熒光強度減弱。李志良等報道的熒光篩選法標準：如果藥物使EB-DNA體系熒光減弱50%以上，且藥物與DNA的物質(zhì)的量濃度比不超過100，以此為標準，認為藥物與DNA發(fā)生了顯著作用。 另外，I-和 Fe（CN）44-都是典型的熒光猝滅劑，通過考察它對小分子熒光的猝滅作用可判斷小分子與DNA的作用方式。若小分子與DNA發(fā)生插入結(jié)合，帶有負電荷的DNA磷酸骨架對Fe（CN）44-有強烈的排斥作用，因而插入結(jié)合的陽配離子受到保護，被Fe（CN）44-猝滅發(fā)光的可能性小。圖2-5

36、為溴化乙錠的結(jié)構(gòu)圖，圖2-6 為我們合成的鈀()-聯(lián)喹啉-丙二酸 Pd(biqu)(mal) ·H2O 與魚精DNA發(fā)生嵌插作用的熒光光譜圖。a為 配合物的熒光光譜，b-e為向配合物的溶液中滴加DNA的熒光光譜, 由圖可看出隨DNA 量的增加，配合物熒光強度逐漸增強，這是由于配合物插入DNA 后，DNA 堿基對的疏水環(huán)境對配合物熒光發(fā)光具有保護作用，從而證明配合物與DNA 發(fā)生了嵌插作用。圖2-5溴化乙錠的結(jié)構(gòu)圖圖2-6 DNA對Pd(biqu)(mal) ·H2O 熒光光譜的影響三、圓二色光譜法圓二色光譜 (CD)以高頻變換的左旋或右旋偏振光作為入射光，為有機化合物的絕對

37、構(gòu)型、構(gòu)象和反應(yīng)機理的研究提供了很多信息，是目前研究有機化合物和生物大分子的構(gòu)型、構(gòu)象和三維空間結(jié)構(gòu)強有力的工具，可現(xiàn)場檢測構(gòu)象己知的生物大分子構(gòu)象變化過程。CD譜是DNA螺旋構(gòu)象的非常敏感的指示劑，可給出與DNA作用的小分子的某些基團躍遷譜帶變化的信息，進而可獲得二者鍵合方式的信息。一方面根據(jù)DNA在260nm處的吸收提供有關(guān)結(jié)構(gòu)信息，另一方面對一些本身沒有CD信號，但與DNA結(jié)合后能產(chǎn)生誘導(dǎo)CD信號的分子，可獲得一定的有關(guān)其結(jié)構(gòu)的間接信息。CD光譜是研究配合物與DNA作用方式的重要方法，根據(jù)光譜形狀和吸收強弱可以判斷DNA構(gòu)型的轉(zhuǎn)變。圖2-7 魚精DNA及配合物Pd(L-tyr)2

38、83;0.5H2O /DNA 復(fù)合物的CD光譜圖，a 為魚精DNA，b、c為配合物/DNA 復(fù)合物的CD，由圖可看出，當(dāng)向DNA溶液中加入配合物后，DNA的正負吸收均有增加，形狀并沒有發(fā)生變化，因而此化合物主要以插入作用與DNA發(fā)生了相互作用。圖2-7 魚精DNA及配合物Pd(L-tyr)2 ·0.5H2O /DNA 復(fù)合物的CD光譜圖四、黏度法通常在缺少高精度晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和核磁數(shù)據(jù)時，黏度這種流體力學(xué)方法是檢測溶液狀態(tài)下配合物與DNA作用方式的有效的重要手段。當(dāng)小分子配合物與DNA發(fā)生插入作用時，DNA的相鄰的堿基對之間的距離會變大以容納插入型配體，導(dǎo)致DNA雙螺旋的鏈增長，DNA

39、的黏度增加；當(dāng)配合物以靜電或溝面結(jié)合等非插入模式與DNA作用時，DNA雙螺旋長度基本不變，DNA溶液的乃濃度也沒有明顯變化，而當(dāng)配合物以部分插入方式同DNA作用時，會使DNA雙螺旋扭結(jié)，以至于DNA雙螺旋長度減少，進而導(dǎo)致DNA溶液黏度減小。五、凝膠電泳法在外電場的作用下，帶電顆粒，如不處于等電狀態(tài)的蛋白分子，將向著與其相反的電極移動，這種現(xiàn)象稱為電泳。核酸DNA在一定的PH值下帶有負電荷，在電場中向正電極移動。以瓊脂糖為支持介質(zhì)的凝膠電泳廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué)領(lǐng)域，是定量、分離、鑒定和純化DNA片段的主要方法。 帶電顆粒在電場中的泳動速度主要取決于它所帶的凈電荷量、顆粒的大小和形狀。當(dāng)帶電顆粒

40、在電場中泳動時，受到兩種方向相反的力的作用:電場力，摩擦力，而DNA通過瓊脂糖凝膠的電泳速率取決于以下4個主要參數(shù): (1) DNA分子大小線狀雙鏈DNA分子被認為是以一端向前方移動，它在凝膠基質(zhì)中的遷移速率與其堿基對數(shù)目以10為底的對數(shù)值成反比，分子越大，越難于在凝膠中孔隙中蠕行，因而遷移得越慢。 (2)瓊脂糖凝膠濃度同樣大小的DNA片段在不同濃度瓊脂糖凝膠中遷移速率不同。因此，利用不同濃度瓊脂糖凝膠可以分辨范圍廣泛大小不同的DNA片段。 (3) DNA構(gòu)型相同分子量，不同構(gòu)型的DNA分子在瓊脂糖凝膠中的遷移速率不同。在TAE緩沖液中，遷移速率:超螺旋(CCC)>線狀(OP)>開

41、環(huán)(OC)o(4)應(yīng)用的電流在低電壓時，線狀DNA片段的遷移速率與所用電壓成正比。但是當(dāng)電場強度增加時，DNA片段的遷移速率的增大是不同的。因此，瓊脂糖凝膠的有效分離范圍隨電壓增大而減小。為了獲得DNA片段最大的分辨力，凝膠電泳不應(yīng)超過5伏/厘米。圖2-8 為Inorg.Chem.在近期發(fā)表的配合物 對DNA的切割電泳圖，M 為Marker DNA ,1為純 pBRDNA ,2-7為向pBRDNA加入一定量后DNA譜帶的變化。其中，為超螺帶，缺口環(huán)化帶，線性帶。圖2-8 對DNA的切割電泳圖六、X-射線單晶衍射法 X-射線單晶衍射法用于生物大分子的結(jié)構(gòu)研究開始于20世紀60年代，是研究配合物與

42、DNA作用的最有效的方法。它能夠提供配合物與DNA的具體鍵合位點，并給出配合物-DNA加合物的真實的立體結(jié)構(gòu)。順鉑的抗癌機理在科學(xué)家們研究20余年后正是利用此手段證實了其機理的。但是要進行X-射線單晶結(jié)構(gòu)分析，首先要得到一定大小和質(zhì)量好的單晶。而由于制備配合物-DNA加合物單晶極其困難，所以關(guān)于配合物-DNA的單晶數(shù)據(jù)很少，科學(xué)家們多采用DNA的核苷酸片斷或堿基對來合成配合物-DNA的單晶。我們課題組通過活性鈀配合物與DNA的堿基對之一腺嘌呤反應(yīng)，成功合成了活性配合物單晶，發(fā)現(xiàn)Pd(phen)22+與腺嘌呤的N3配位，這為鈀配合物的抗腫瘤機理提供一定的科學(xué)依據(jù)。圖2-9 配合物Pd2(phen

43、)2 (ade)2的分子結(jié)構(gòu)圖第三章 無機抗癌藥物第一節(jié) 鉑配合物抗癌藥物進展及其抗癌機理一、鉑配合物抗癌藥物進展1、第一代鉑藥物1965年美國密執(zhí)安州立大學(xué)科學(xué)家B.Rosenberg 等在研究電場對細菌生長的影響時偶然發(fā)現(xiàn)，在含NH4Cl的大腸桿菌培養(yǎng)液中用鉑電極通入直流電，大腸桿菌細胞分裂就會受到抑制，生長成相當(dāng)于正常細胞300倍大的菌絲。但更換其它電極就觀察不到這種現(xiàn)象。進一步研究表明，電流使微量的鉑進入培養(yǎng)液，生成順二氯二氨合鉑（cis-dichlorodiammineplatinum,cis-DDP），cis-Pt(NH3)2Cl2 (簡稱順鉑) ，這種配合物對細胞分裂有強烈抑制作

44、用。1969年B.Rosenberg 等又首次報道了順鉑具有很強的抗癌活性，這些發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了金屬配合物抗腫瘤藥物研究的新領(lǐng)域。經(jīng)過一系列后續(xù)研究，cis-DDP于1971年進入臨床試驗，1978年美國FDA批準，cis-DDP為睪丸腫瘤和卵巢癌的治療藥物，故稱為第一代鉑類藥物。目前，它是最有效的抗癌藥物，其特點是抗癌活性高，抗癌作用強，與其它抗癌藥物交叉耐藥小，可聯(lián)合用藥。cis-DDP除用于生殖癌細胞的治療外，還可以用作黑色素瘤、頭頸部癌、甲狀腺癌、非小細胞肺癌（NSCLC）、小細胞肺癌（SCLC）、食道癌、肝胚細胞瘤、神經(jīng)細胞瘤、骨肉瘤、視網(wǎng)膜細胞瘤等多種癌癥治療，具有抗癌廣普性。cis-D

45、DP與紫杉醇和5-氟尿嘧啶藥物聯(lián)合使用，可顯著提高對某些癌癥的治療效果，已經(jīng)成為全球最廣泛使用的抗腫瘤藥物之一，每年的銷售額達5億美元。但cis-DDP在臨床應(yīng)用中也存在一些缺點，有較嚴重的毒副作用，如腎毒性、神經(jīng)毒性、耳毒性和胃腸道毒性等，又由于其溶解度較低，也限制其使用。2、第二代鉑藥物-卡鉑為了克服順鉑在臨床上的缺點，科學(xué)家們研制出第二代鉑類抗腫瘤藥物-卡鉑，其分子結(jié)構(gòu)式見圖3.1。卡鉑是順式1，1´環(huán)丁烷二酸二氨合鉑的簡稱，是美國施寶公司、英國癌癥研究所及Johnson Matthey 公司于80年代合作開發(fā)的，與1986年在美國上市，1988年由山東大學(xué)王慧才教授在國內(nèi)研制

46、成功，于我國上市?？ㄣK的主要特點：（1）化學(xué)穩(wěn)定性好，水溶性比順鉑高；（2）毒副作用低于順鉑，主要毒副作用是骨髓抑制；（3）作用機理與順鉑相同，可以替代順鉑用于一些癌癥的治療；（4）與非鉑類抗癌藥物無交叉耐藥性，可以與多種抗癌藥物聯(lián)合用藥?？ㄣK由于其毒副作用較少，抗癌活性與順鉑相當(dāng)已被患者接受，是非小細胞肺癌、小細胞肺癌、卵巢癌、胚細胞癌和肝胚細胞等5種癌癥的首選藥物。 圖3-1 順鉑、卡鉑、澳沙利鉑和奈卡鉑的結(jié)構(gòu)圖3、第三代鉑類抗癌藥物- 奧沙利鉑、奈卡鉑 雖然順鉑和卡鉑在臨床上對多種癌癥具有很好的抑制作用，但是其對如結(jié)腸直腸癌等癌癥的抗癌活性很低，其它癌癥如卵巢癌等在初期治療后也對順鉑產(chǎn)生

47、后天耐藥性，因而它們的使用具有局限性，因而科學(xué)家們研制出了能夠克服順鉑和卡鉑交叉耐藥性的第三代鉑類藥物-奧沙利鉑和奈卡鉑。 第三代鉑類藥物具有三個明顯的優(yōu)點：（1）與順鉑無交叉耐藥性；（2）口服吸收好；（3）與順鉑具有不同劑量限制性和毒譜性。 奧沙利鉑全稱草酸合鉑，由瑞士Debiopharm 公司研制開發(fā)，法國Sanofi 公司生產(chǎn)銷售，并于1996年在法國率先上市，我國于1999年批準奧沙利鉑針劑進口，2000年南京制藥廠研制開發(fā)國產(chǎn)奧沙利鉑獲國家藥檢局批準，命名為奧鉑。 奧沙利鉑作為一種穩(wěn)定的、水溶性鉑類烷化劑，是第一明顯對結(jié)腸癌有效以及在體內(nèi)外均有光譜抗腫瘤活性的鉑類抗腫瘤藥物，它對耐順

48、鉑的腫瘤細胞亦有較好的抑制活性。 奈卡鉑是日本鹽野義研制開發(fā)的一種抗腫順鉑藥物。1995年在日本首次批準上市，可用于治療頭部腫瘤、食道癌、小細胞癌、卵巢癌等腫瘤。它對頭部腫瘤有40%以上有效，優(yōu)于順鉑，對肺癌有效率與順鉑相當(dāng)，對食道癌有效率大于50%，高于順鉑20%，對宮頸癌的有效率亦在40%以上。4、其它鉑類藥物鉑（）配合物除Pt()以外的Pt（）配合物是另一類抗癌藥物的研究對象。具有脂溶性的Pt（）配合物被認為是口服鉑抗癌藥的選擇之一。主要有：、異丙鉑（iproplatin,CHIP,JM-9），即二氯二羥基·二異丙胺合鉑；、奧馬鉑（ormaplatin）,即四氯·環(huán)己

49、二胺合鉑；、JM216（Saraplatin），即二氯·二乙酸根·一氨·環(huán)己胺合鉑；、其它混胺類Pt（）配合物，其中配體中含有脂肪鏈烴、脂環(huán)烴或芳烴，上述這些Pt（）配合物對卵巢癌、亞系L1210、前列腺癌、SKOV-3等都有一定的效果，但由于毒性等因素尚不能作為藥物使用712。反式鉑配合物研究發(fā)現(xiàn)，反鉑中NH3被其它配體如吡啶、喹啉、亞胺基醚、RNH2等配體取代時，配合物也顯示出一定的抗癌活性，原因之一可能是反式構(gòu)型能異構(gòu)成順式構(gòu)型。另外，cis-DDP與反鉑的差異在于反鉑的動力學(xué)反應(yīng)活性較大，易被失活。由于反式構(gòu)型的DNA加合物不同于順式構(gòu)型，因此它可能克服耐

50、藥性1618。通式為PtCl2(L)(L´)的三個系列反式配合物：(1) L= L´=吡啶或N-甲基咪唑或噻唑；(2) L=喹啉，L´=RR´SO；(3) L=喹啉，L´= NH3 ，抗藥性細胞株L1210的活性比cis-DDP強。此外，含有脂肪鏈或亞胺基醚配體配合物在對P388肉瘤、卵巢癌的治療中也有較好的效果。多核鉑配合物為了尋找新的構(gòu)效關(guān)系，人們嘗試設(shè)計了橋聯(lián)的多核鉑配合物。其中三核配合物Pt (Cl) (NH3)-NH2- (CH2)6 NH2 -Pt (NH3)2- NH2(CH2)6 NH2-PtCl (NH3)24+已于1998年

51、進入期臨床。另有一些脂肪二胺橋聯(lián)Pt()雙核、三核、四核和涉及硫脲、精胺、亞精胺配合物也具有顯著的活性，開辟了多核配合物研究領(lǐng)域。鉑高分子配合物為克服cis-DDP的半衰期短，毒副作用大，水溶性小等缺點，人們設(shè)計將cis-DDP結(jié)合到高分子鏈上，以達到高效、低毒和緩釋的作用。美國Allcock小組選用生物相容性好，水溶性的甲氨基聚膦腈高分子，將cis-DDP與聚腈鏈上的氮原子絡(luò)合，生成Pt高聚物。藥理研究表明，該化合物抗癌效果顯著，武漢大學(xué)和山東醫(yī)科大學(xué)的學(xué)者也制備了不同載體系列鉑高分子配合物，其毒性明顯低于cis-DDP，但療效與cis-DDP相當(dāng)。二、順鉑抗癌機理 順鉑類抗癌藥物是一類不同

52、于有機抗癌藥物的新藥物家族，其抗癌機理與有機藥物不同，經(jīng)過科學(xué)家們對其抗癌機理一系列研究，目前已初步確定鉑類抗癌藥物的抗癌機制可分為四個步驟:跨膜運轉(zhuǎn)、水合離解、靶向遷移和與DNA的加合。每一個步驟均對其最終的抗癌起著重要的作用。具體分述如下:(1).跨膜運轉(zhuǎn)鉑類抗癌藥物進入體內(nèi)后，首先碰到細胞膜的障礙，細胞膜具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)，而藥物的透過是采用濃差擴散的方式，擴散速度正比于濃度差，而擴散能力則由藥物的化學(xué)特性決定。一般來說，脂溶性好、分子體積小的藥物容易穿過細胞膜。鉑族抗癌藥物均含有氨或胺，整個分子為電中性，有一定的脂溶性，同時分子體積比有機藥物小，所以容易跨膜運轉(zhuǎn)進入細胞。(2).水合解離

53、順鉑類抗癌藥進入細胞后，由于細胞內(nèi)的氯離子濃度低，它很快就發(fā)生水合解離，生成帶正電荷的水合配離子，而四價鉑離子在細胞內(nèi)很不穩(wěn)定，首先會被細胞內(nèi)的抗氧化劑還原成二價，再發(fā)生類似水合解離反應(yīng)。 (3).定向遷移 DNA是細胞的遺傳物質(zhì)，位于細胞核，帶有負電荷。當(dāng)順鉑水合解離形成Cis-Pt(NH3)2(H2O)22十后，受DNA的靜電吸引力，定向快速往細胞核遷移到達靶目標。(4).與DNA的加合 cis-Pt(NH3)2(H2O)的化學(xué)性質(zhì)活潑，水合分子很容易被其他配合體取代。當(dāng)它到DNA鏈時，DNA鏈的堿基pT*(N7)取代配位水，形成Cis-Pt(NH3)2/DNA加合物。加合作用改變了DNA

54、正常復(fù)制模板的功能，引起DNA復(fù)制障礙，從而抑制癌細胞的分裂。第二節(jié) 鈀類抗腫瘤配合物及其它金屬配合物一、單核鈀配合物的抗腫瘤活性1984年，Gill指出鈀配合物具有較好的抗腫瘤活性，自此掀起了鈀配合物在抗腫瘤活性方面的研究高潮。較早系統(tǒng)開展這方面工作是印度科技大學(xué)和孟買腫瘤研究所的科技人員。Puthraye等人研究了十六組Pd(bipy)(Aa) 混配配合物(Aa為氨基酸根)對L1210淋巴白血病細胞、S180肉瘤、P388淋細胞及艾氏腹水瘤細胞的抑制活性?？鼓[瘤活性指數(shù)ID50值（化合物殺死癌細胞50時的濃度）與順鉑（Cis-DDP）比較，發(fā)現(xiàn)部分化合物的活性優(yōu)于順鉑。表3.1列出了部分活性較好的鈀混配配合物實驗結(jié)果。表3.1 Pd(bipy)(Aa)配合物對腫瘤細胞的半數(shù)抑制濃度ID50（g/ml）ComplexL1210P388S180艾氏腹水瘤Pd(bipy)(gly)Cl·2H2OPd(bipy)(ser)Cl·H2OPd(bipy)(lys)Cl·H2OPd(bipy)(gln)Cl·2H2OPd(bipy)(asp)Pd(bipy)(glu)Cl·2H2OCis-DDP1.0