双核铁（Ⅲ）配合物的合成及对DNA与磷酸二酯的裂解性能研究

摘要

人工核酸酶在新型限制性酶以及抗癌药物方面有着非常诱人的前景，开发具有高效水解核酸的人工合成试剂是当前科研领域研究的热点。近二十年来，已经开发了许多合成的金属核酸酶，但是它们对于 DNA 的水解活性依然很低。如何提高这些金属酶韵活性是一个很大的挑战，本论文工作主要集中于通过对配体进行修饰来提高金属配合物对于 DNA 以及磷酸二酯的裂解活性。 首先，设计并合成了带有吖啶嵌入剂的金属配合物 Fe<,2>L<,b>，DNA 裂解活性研究表明，与不带有吖啶嵌入剂的母体金属配合物 Fe<,2>L<,a>相比，新的配合物能够导致 14 倍的速率提升。吖啶嵌入剂与DNA之间的相互作用通过紫外吸收滴定、圆二色光谱、粘度实验以及 DNA 热变性实验获得证实。水解机理通过酶连接实验、活性氧物种淬灭实验以及无氧条件下的裂解实验证实。 在自然界中，核酸酶具有很高的活性，其活性来源除了活性中心金属离子的催化作用外，在金属中心周嗣氨基酸支链上的功能基团也扮演了重要的角色。赖氨酸、组氨酸以及精氨酸上带有的正电荷残基被认为能够通过静电效应、氢键以及质子转移来稳定反应的中间过渡态，从而协助金属离子对底物进行催化。基于该原理，本论文设计并合成了带有双边氨基以及双边胍基的双核铁配合物 Fe<,2>L<,c> 与 Fe<,2>L<,d>。DNA 裂解实验表明双边氨基以及胍基的引入导致了金属配合物裂解活性的极大提升，单独配体以及游离的金属离子并不能导致 DNA 裂解证实了金属离子与氨基/胍基之间存在着协同作用。紫外滴定实验表明氨基/胍基的引入同时能提升金属配合物同DNA之间的结合力。 论文还设计合成了一系列带有 DNA 结合单元 (双边吖啶、双边芘以及双边蒽) 的双核铁配合物。DNA 裂解活性研究显示相同条件下，带有双边吖啶的双金属配合物 Fe<,2>L<,e>具有最高的活性：在 pH 7.0 以及37℃条件下，裂解速率常数能达到1.2×10<'-1>s<'-1>，与不带有嵌入剂的双核 Fe(Ⅲ)金属配合物 Fe<,2>L<,a> 相比，活性能提升 170 倍。同时吸收滴定实验也显示 Fe<,2>L<,e> 具有最强的 DNA 结合能力。 最后，以 BNPP 及 HPNP 为底物的动力学实验结果进一步证实了双核铁(Ⅲ)配合物对磷酸二酯有水解活性，氨基以及胍基的引入同样能提升双核铁配合物对磷酸二酯的裂解活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1以DNA为底物的研究进展

1.1.1DNA水解性断裂

1.1.2DNA氧化性裂解

1.1.3氧化性断裂与水解性断裂比较

1.2以RNA为底物的研究进展

1.2.1基于镧系离子的人工RAN酶体系

1.2.2基于过渡金属离子的人工RNA酶

1.2.3基于有机催化基团的人工RNA酶

1.3以BNPP以及HPNP为底物的机理性研究

1.3.1金属配合物作为水解催化剂研究BNPP与HPNP断裂机理

1.3.2用于裂解磷酸二酯的金属配合物体系

1.3.3双金属配合物在催化磷酸二酯过程中的协调作用

1.3.4质子供体基团的引入对催化活性的促进

1.4本研究工作的主要内容

1.5主要缩写符号列表

2带有单吖啶嵌入剂的双核铁配合物的合成及其DNA裂解活性研究

2.1分子设计

2.2结果与讨论

2.2.1配体La与Lb及其相应铁配合物的合成及表征

2.2.2DNA裂解活性研究

2.2.3配合物与DNA结合性能研究

2.2.4金属配合物裂解DNA机理研究

2.2.5双核铁金属配合物对DNA裂解活性的比较

2.3实验部分

2.3.1实验仪器及试剂

2.3.2双金属铁配合物裂解pBR322DNA实验

2.3.3ROS捕捉剂存在条件下的pBR322DNA裂解实验

2.3.4DNA水解片断的连接性实验

2.3.5金属配合物结合到DNA的紫外吸收滴定研究

2.3.6粘度实验

2.3.7DNA热变性实验

2.3.8圆二色光谱

2.3.9罗丹明B对羟基自由基的检测实验

2.3.10无氧条件下的DNA裂解实验

2.3.11目标化合物的合成及表征

2.4小结

3带有双胺以及双胍的双核铁配合物的合成及其DNA裂解活性研究

3.1分子设计

3.2结果与讨论

3.2.1配体Lc与Ld的合成

3.2.2DNA与双金属配合物的结合性能研究

3.2.3金属配合物裂解DNA性能研究

3.3实验部分

3.3.1实验仪器及试剂

3.3.2金属配合物结合到DNA的紫外吸收滴定研究

3.3.3双金属铁配合物裂解pBR322DNA实验

3.3.4穆斯堡尔谱测试

3.3.5目标化合物的合成及表征

3.4本章小结

4带有双嵌入剂的双核铁配合物合成以及DNA裂解活性比较研究

4.1分子设计

4.2结果与讨论

4.2.1配体的合成

4.2.2DNA结合性能研究

4.2.3非光照条件下DNA裂解性能研究

4.2.4光裂解DNA性能研究

4.3实验部分

4.3.1实验仪器及试剂

4.3.2金属配合物结合到DNA的紫外吸收滴定研究

4.3.3非光照条件下双金属铁配合物裂解pBR322DNA实验

4.3.4光照条件下双金属铁配合物裂解pBR322DNA实验

4.3.5目标化合物的合成及表征

4.4本章小结

5双核铁配合物对磷酸二酯BNPP以及HPNP水解性能研究

5.1引言

5.2结果与讨论

5.2.1金属配合物对BNPP裂解

5.2.2金属配合物对HPNP的裂解

5.3实验部分

5.3.1实验仪器及试剂

5.3.1双核铁配合物催化BNPP以及HPNP水解动力学

5.3.2金属配合物Fe2La电位滴定

5.3.3底物合成

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

创新点摘要

致谢