水楊酸系列鉻配合物合成及其性質(zhì)研究.pdf

1、鉻(Ⅲ)是哺乳動(dòng)物體內(nèi)維持糖代謝、脂代謝平衡的重要微量元素。已有研究表明，鉻(Ⅲ)能增強(qiáng)胰島素的作用，在有外加胰島素時(shí)能刺激細(xì)胞對葡萄糖的攝取。臨床醫(yī)學(xué)研究表明，給糖尿病人補(bǔ)充適量鉻配合物能增強(qiáng)胰島素作用，緩解人體受損的葡萄糖耐量，血糖水平降低，血清膽固醇下降。細(xì)胞鉻是通過增強(qiáng)“胰島素受體”酪氨酸激酶活性而敏化了胰島素信號(hào)。營養(yǎng)或藥理學(xué)補(bǔ)充鉻有助于降低患Ⅱ型糖尿病的危險(xiǎn)。
　　要徹底解釋鉻的生理作用機(jī)制，還有許多基本問題沒有解決，

2、如生理?xiàng)l件下鉻的存在形式是什么？鉻在血液中各蛋白質(zhì)分子間是如何交換的？鉻的運(yùn)輸是否具有專一性？鉻化合物如何跨細(xì)胞膜，其結(jié)構(gòu)與活性間的關(guān)系是什么？距離理解鉻的生物化學(xué)及其分子機(jī)制還有很大距離。
　　本論文以合成水楊酸系列鉻(Ⅲ)配合物為出發(fā)點(diǎn)，在明晰其基本理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，探討了鉻(Ⅲ)配合物與人血清白蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，研究了由轉(zhuǎn)鐵蛋白受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞過程吸收鉻(Ⅲ)的作用機(jī)制，由鉻(Ⅲ)配合物對pBR322

3、 DNA、血清蛋白質(zhì)的斷裂實(shí)驗(yàn)考察了鉻(Ⅲ)配合物的毒性。
　　主要內(nèi)容如下:
　　第一章綜述。
　　本章闡述了有關(guān)鉻(Ⅲ)的生物功能研究的最新進(jìn)展。對哺乳動(dòng)物來說鉻是一種重要的微量元素，是維持體內(nèi)正常的糖代謝和脂代謝所必需的。但是，從分子水平評(píng)價(jià)鉻的生物功能仍然是目前生物化學(xué)家面臨的主要挑戰(zhàn)之一。
　　第二章水楊酸系列鉻配合物的合成及表征。
　　一個(gè)世紀(jì)以前，高劑量的水楊酸鹽被用來減輕Ⅱ型糖尿病的癥狀。早

4、已證明水楊酸是蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酯酶PTP1B酶的弱的抑制劑，抑制濃度為19.4 mmol·L-1。近來，許多實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了包含兩個(gè)水楊酸單體的聚合類物質(zhì)是PTP酶潛在的抑制劑。在老鼠模型中，甲基水楊酸衍生物被證明有減肥效應(yīng)，能降低血液甘油三酸脂、膽固醇和脂肪酸的濃度。
　　本章選擇水楊酸及其衍生物作為配體與鉻(Ⅲ)發(fā)生化合反應(yīng)，生成系列新的鉻(Ⅲ)化合物，如[Cr(Ⅲ)(SA)(en)2]Cl、Cr(Ⅲ)(SSA)(en)2、[Cr

5、(Ⅲ)(4-ASA)(en)2]Cl、[Cr(Ⅲ)(HNA)(en)2]Cl、[Cr2(CH2SA2)(en)4] Cl2和[Cr2(CH2NSA2)(en)4]Cl2等，(en=ethylenediamine, SA=salicylic acid, SSA=5-sulfosalicylic acid,4-ASA=4-aminosalicylic acid,HNA=3-Hydroxy-2-naphthoic acid, CH2NSA=4

6、,4'-Methylenebis(3-Hydroxy-2-naphthoic acid)。通過元素分析、熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、電導(dǎo)率測定、X-射線晶體衍射等方法對配合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，鉻與來自水楊酸的羧基氧、酚羥基氧和兩個(gè)乙二氨配體上的四個(gè)氮原子配位，形成六配位八面體結(jié)構(gòu)。水楊酸在配位前后光譜變化十分明顯:配位后特征紫外吸收峰由298 nm紅移至326 nm;水楊酸在410nm處具有強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，配位后熒光發(fā)射峰基本

7、消失。較大的光譜變化有助于對配合物的反應(yīng)性等進(jìn)行光譜跟蹤。
　　第三章水楊酸系列鉻配合物的理化性質(zhì)研究。
　　六配位八面體結(jié)構(gòu)鉻(Ⅲ)配合物通常比較穩(wěn)定，屬于惰性配合物。其光化學(xué)反應(yīng)性是無機(jī)化學(xué)等領(lǐng)域的重要研究方向。本章利用熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、電導(dǎo)率測定、pH測定、電噴霧質(zhì)譜等方法研究了所合成的鉻配合物的理化性質(zhì)，包括配合物的熱穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性等，重點(diǎn)是光照條件下配合物溶液的變化。研究表明，配合物在常溫

8、下，中性溶液中穩(wěn)定，在酸性溶液中緩慢分解;在光照條件下易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，乙二胺分子會(huì)因質(zhì)子化而被兩個(gè)水分子取代，最終形成由水分子橋連的多核鉻-水楊酸聚合物。
　　利用配合物及其光照產(chǎn)物分別與EDTA的動(dòng)力學(xué)競爭反應(yīng)和配合物對雙氧水的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，表明鉻配合物經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)后穩(wěn)定性降低。
　　第四章鉻(Ⅲ)配合物與人血清白蛋白的相互作用。
　　血清白蛋白為不含糖的單肽鏈蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)為4.6，由585個(gè)氨基酸殘基組成，分子量

9、為66500。作為血清中含量最高的蛋白質(zhì)，它對保持血壓、小分子化合物的輸運(yùn)、調(diào)節(jié)等起重要的作用。因此，血清白蛋白可與許多底物結(jié)合，如金屬離子(Cu2+、Ca2+、Zn2+、Ni2+)、脂肪酸、氨基酸、激素、藥物等。研究鉻配合物與人血清白蛋白的作用對營養(yǎng)鉻的生物存在形式、作用機(jī)理具有重要意義。
　　本章利用熒光光譜研究了四種鉻(Ⅲ)配合物與人血清白蛋白的作用。這些配合物均淬滅人血清白蛋白色氨酸殘基的熒光。根據(jù)熒光淬滅理論，分別求取了

10、[Cr(SA)(en)2]Cl、[Cr(4-ASA)(en)2]Cl、[Cr(SSA)(en)2]、[Cr(HNA)(en)2]Cl與蛋白的結(jié)合常數(shù)，分別為8.70×103，1.69×104，7.40×103、2.80×104 mol-1·L。利用紫外-可見吸收光譜和熒光光譜對HSA與配合物所形成的復(fù)合物穩(wěn)定性進(jìn)行了監(jiān)測。研究表明配合物在此復(fù)合物中能穩(wěn)定存在。按F(o)rester偶極-偶極無輻射能量轉(zhuǎn)移機(jī)理，分別求取了配合物與HSA2

11、14位色氨酸殘基的距離。計(jì)算了配合物與蛋白作用的熱力學(xué)參數(shù)，參照Ross的經(jīng)驗(yàn)公式，分析了配合物與人血清白蛋白分子間的作用力，推斷為疏水作用、靜電引力和氫鍵等分子間作用力共同作用的結(jié)果。
　　第五章:鉻配合物與伴清蛋白反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
　　到目前為止，鉻在腸道中的吸收機(jī)理還不清楚。體內(nèi)外的研究表明轉(zhuǎn)鐵蛋白與鉻的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)過程有關(guān)。本章利用熒光光譜和紫外-可見吸收光譜分別研究了鉻從配合物[Cr(SA)(en)2]Cl等向小分子競爭

12、劑EDTA和伴清蛋白(Apoovotransferrin)轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)行為。分別求取了他們的二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。結(jié)果表明，二者的轉(zhuǎn)移方式不同。EDTA可使鉻配合物完全轉(zhuǎn)化為Cr-EDTA配合物;而鉻從配合物向伴清蛋白轉(zhuǎn)移時(shí)，Cr-en鍵斷裂，Cr(SA)作為整體與蛋白鍵合形成[Cr(SA)]-OTf三元復(fù)合物。在此三元化合物中，水楊酸根離子起到了類似碳酸根離子的伴陰離子作用，4-氨基水楊酸根和5-磺基水楊酸根離子也具有類似的作用，而3-羥

13、基-2-萘甲酸根離子可能因?yàn)榉肿芋w積大而不能做伴陰離子。生理?xiàng)l件下鉻從[Cr(Ⅲ)(SA)(en)2]Cl向伴清蛋白的轉(zhuǎn)移是比較慢的，k=(1.4±0.2)×10-1 mol-1·L·s-1。
　　第六章:K562細(xì)胞轉(zhuǎn)鐵蛋白受體介導(dǎo)鉻(Ⅲ)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。
　　本章以K562細(xì)胞為模型，利用125I標(biāo)記轉(zhuǎn)鐵蛋白，研究了脫鐵轉(zhuǎn)鐵蛋白(apoTf)、Cr-Tf和Cr2-Tf與K562細(xì)胞的結(jié)合、內(nèi)吞與釋放過程，闡述了K562細(xì)胞吸收

14、鉻(Ⅲ)—轉(zhuǎn)鐵蛋白的作用機(jī)制。研究表明三個(gè)物種與受體的結(jié)合能力大小次序?yàn)閍poTf＜Cr-Tf＜Cr2-Tf;細(xì)胞對Cr-Tf和Cr2-Tf以相似的速率進(jìn)行內(nèi)吞，兩者的內(nèi)吞速率大于apoTf; Cr-Tf和Cr2-Tf經(jīng)內(nèi)吞后apoTf被釋放到胞外，這兩個(gè)物種相對apoTf有拖延的循環(huán)過程。未標(biāo)記的冷apoTf的介入促進(jìn)Cr-Tf的釋放，且與介入的apoTf的量有關(guān)，受體占有率可能對循環(huán)起著驅(qū)動(dòng)作用;抑制劑NaN3和NH4Cl阻止了Cr

15、-Tf的釋放;抑制劑NaN3的存在，影響Cr-Tf與細(xì)胞的結(jié)合與釋放，表明兩個(gè)過程都需要代謝能;過量冷的未標(biāo)記apoTf的加入能克服由NH4Cl阻止Cr-Tf的釋放，而不能克服由NaN3阻止Cr-Tf的釋放;該研究有助于理解鉻在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，為鉻化合物治療糖尿病藥物的研發(fā)提供理論依據(jù)。
　　第七章:系列鉻配合物對核酸和蛋白質(zhì)損傷的研究。
　　鉻對DNA的損害，包括鏈的斷裂、端的去除和Cr(Ⅲ)-DNA鉸鏈的形成是由鉻誘導(dǎo)的

16、癌變的主要成因。為了考察所合成的鉻配合物的毒性，本章分別研究了水楊酸系列鉻配合物對核酸和白蛋白的損傷，具體結(jié)果如下:
　　1、利用瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)在生理?xiàng)l件下研究了系列鉻配合物在光照前后分別對pBR322 DNA的切割。研究表明鉻配合物[Cr(Ⅲ)(SA)(en)2]Cl、Cr(Ⅲ)(SSA)(en)2、[Cr(Ⅲ)(4-ASA)(en)2]Cl在實(shí)驗(yàn)濃度下和指定時(shí)間內(nèi)不能斷裂DNA;但是，這三種配合物的光照產(chǎn)物斷裂DNA的實(shí)驗(yàn)

17、證明:三個(gè)光照產(chǎn)物均能在低濃度下(6μmol·L-1)和極短時(shí)間內(nèi)能將DNA斷裂成大量碎片。鉻配合物的光照產(chǎn)物在避光條件下比較穩(wěn)定，在一年后仍具有較強(qiáng)的切割DNA的能力。經(jīng)過外加羥基自由基捕捉劑的對比實(shí)驗(yàn)和線性DNA(切割產(chǎn)物)的連接等實(shí)驗(yàn)，初步推測切割機(jī)理為水解切割。
　　2、SDS-PAGE電泳實(shí)驗(yàn)表明在生理?xiàng)l件下鉻配合物不能斷裂白蛋白。即使在雙氧水存在下，鉻配合物也不能斷裂白蛋白。對上述體系的蛋白質(zhì)的吸收光譜監(jiān)測也表明，蛋白