2-（喹啉-8-氧甲基）苯并咪唑镉配合物的电化学及DNA键合性质研究*

温会玲，陈玉燕

（青岛科技大学 化学与分子工程学院，山东 青岛 266042）

近年来，金属配合物作为DNA分子识别的研究取得了长足的进展，发现了一批具有DNA特异识别属性的小分子配合物，为新型基因选择性药物的筛选提供了重要信息。金属配合物已经广泛用于DNA结构探针、DNA分子开关、DNA足迹试剂以及DNA断裂试剂等研究领域[1,2]。苯并咪唑类化合物与金属配合物的研究一直是生物无机化学、医药及材料科学等领域十分活跃的研究课题[3]。本文用紫外光谱、电化学方法研究了2-（喹啉-8-氧甲基）苯并咪唑镉配合物与DNA的相互作用，结果表明，该配合物可以作为ssDNA和dsDNA的结构识别探针。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

石墨粉（上海胶体化工厂）；高效切片石蜡（上海华灵康复器械厂）；pH值为4邻苯二甲酸氢钾标准液（上海雷磁仪器厂）。鲱鱼精DNA（dsDNA，Sigma产品），使用前未进一步提纯，测得A260/A280>1.80，表示其纯度符合要求。dsDNA浓度以碱基对表示，通过 260nm（ε260=6600L·mol-1·cm-1）处吸光度确定。变性单链DNA（ssDNA）根据文献制备[4]。所有溶液都用二次蒸馏水制备。2-（喹啉-8-氧甲基）苯并咪唑（L）镉配合物[Cd（L）Cl2（H2O）]晶体按文献方法合成[5]，其它试剂均为分析纯。

CHI832电化学分析仪；pHS-25型酸度计；三电极系统：饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂片电极为对电极，碳糊电极为工作电极；DZF-150型真空干燥箱；TU-1810紫外-可见分光光度计。

1.2 紫外光谱

用 0.1mol·L-1HOAc-NaOAc（pH值为 4.0）缓冲液稀释储备液，得到4.60×10-5mol·L-1配合物溶液，在含4.60×10-5mol·L-1配合物溶液中加入相同量的dsDNA（ssDNA），摇匀，充分反应，在200～900nm进行紫外光谱测定。

紫外滴定实验：配制4.60×10-5mol·L-1配合物溶液，准确量取3mL于石英比色皿中，测定配合物的紫外光谱，逐次向配合物溶液中加入一定量dsDNA或ssDNA溶液，摇匀充分反应后,分别测定其紫外谱图。

1.3 电化学研究

在含 5.67×10-5mol·L-1Cd配合物的 0.1mol·L-1HOAc-NaOAc缓冲液（pH值为4.0）中，加入相同浓度的dsDNA或ssDNA，充分反应，以碳糊电极为工作电极进行电化学测定。在5.62×10-5mol·L-1配合物中加入不同浓度的dsDNA，充分反应后，测定其微分脉冲伏安曲线。

2 结果与讨论

2.1 配合物与DNA的相互作用

图1为配合物与DNA相互作用的循环伏安图。

图1 配合物与dsDNA、ssDNA相互作用的循环伏安图Fig.1 Cyclic voltammograms of complex in the absence（a）and presence of dsDNA（b）and ssDNA（c）

配合物于0.178V出现一个氧化峰，其峰电流为5.724×10-7A，0.106V出现一个还原峰，峰电流为1.861×10-7A，氧化还原峰峰形良好。ΔEp=Epc-Epa=72mV，Ipa/Ipc=3.07，由此可见，该氧化还原过程属于不可逆过程。

与dsDNA或ssDNA充分反应后，氧化峰电流明显减小，加入ssDNA后峰电流更小，说明其与DNA发生了相互作用，且与ssDNA的作用更强；配合物的式电位从0.142V负移至0.133V和0.128V（见表1）,根据文献知，当电活性小分子与DNA发生静电作用时，电化学电位向负移动；产生嵌插作用时，向正方向移动。由此说明Cd配合物与DNA间主要是静电作用，此外，ssDNA暴露于外部的碱基也可能与配合物发生了相互作用，使得ssDNA与配合物作用更强。配合物与dsDNA和ssDNA不同的作用模式和作用强度，使Cd配合物有可能用于DNA二级结构的识别。

表1 Cd配合物结合DNA前后的电化学参数Tab.1 Electrochemical data of Cd complex in the absence and presence of DNA

研究了加入DNA前后，电位扫描速度对配合物循环伏安曲线的影响，结果表明，无论DNA是否存在，配合物的氧化峰电流都与扫速（v）成良好的线性关系，说明配合物在电极上的电化学行为主要受吸附控制。

对于一个吸附控制的不可逆过程，根据Laviron公式，氧化峰电位（Ep）与扫速（v）之间存在如下关系：

E0′是式电位，α是电子转移系数，n是电化学过程中转移的电子数，k0是电化学速率常数。以Ep对ln v作图（图 2），得到 Ep=0.0262ln v+0.2354（γ=0.999），计算得到αn=0.9637，则n=1.93，说明该氧化过程是一个2电子过程，对应于Cd→Cd2+的过程。

图2 峰电位E p与L nv关系图Fig.2 Plot of peak potential E p versus L nv

在5.62×10-5mol·L-1的Cd配合物中加入不同浓度的dsDNA后，测定其微分脉冲伏安曲线（图3），随着dsDNA浓度的增加，样品的峰电流逐渐减小，当 dsDNA浓度为5.589×10-5mol·L-1时，样品的氧化峰电流趋于稳定，说明配合物与dsDNA间的反应达到饱和状态。

图3 配合物微分脉冲伏安图Fig.3 Differential pulse voltammograms of the complex

将加入dsDNA后配合物的氧化峰电流（I pa）对dsDNA的浓度做图，见图4。

图4 配合物的氧化峰电流与DNA浓度的关系Fig.4 Plotof peak current Ipa versus CDNA

由图4可见，配合物的峰电流与dsDNA浓度在两个浓度区间呈良好的线性关系，线性关系式分别为Ipa/（10-7A）=2.4094C+9.94（γ=0.9999）。Ipa/（10-7A）=-0.3412C+4.1067（γ=0.983）。因此，该配合物有望用于DNA的定量分析。

2.2 紫外光谱法研究配合物与DNA相互作用

图5 配合物与DNA相互作用的紫外吸收光谱Fig.5 UV-vis spectra of complex in the absence and presence of DNA

由图5可见，在配合物溶液中加入dsDNA或ssDNA后，所有的吸收峰都未出现红移，说明配合物与DNA间不存在嵌插作用，而是以静电作用为主。所有吸收峰均产生减色效应，加入ssDNA后减色效应更明显。即配合物与ssDNA的作用更强，该结论与电化学研究结果一致。

利用紫外滴定法测定了配合物与dsDNA、ssDNA的结合能力，图6为配合物与dsDNA紫外滴定谱图。

图6 配合物与dsDNA的紫外滴定谱图Fig.6 UV-vis titration spectra of complex

依据方程式CDNA/（εa-εf）=CDNA/（εb-εf）+1/Kb（εa-εf），以CDNA/（εa-εf）对CDNA作图为一直线，直线方程为 y=5.0254x+2.5966（γ2=0.9755），斜率与截距的比值即为结合常数Kb（dsDNA）=1.935×104L·mol-1。同理得到Kb（ssDNA）=4.462×104L·mol-1。结合常数的测定从实验数据上进一步证明配合物与ssDNA作用更强。

3 结论

应用紫外光谱和电化学方法研究了2-（喹啉-8-氧甲基）苯并咪唑镉配合物与DNA的相互作用，结果表明，该配合物可以作为ssDNA和dsDNA二级结构识别探针。微分脉冲伏安实验结果证明，该配合物有望用于DNA的定量分析，可能共存的干扰物质对DNA定量检测的影响将在后续实验中进行。

[1] Uma V,Kanthimathi M,Weyhermuller T,et al.Oxidative DNA cleavagemediated by a new copper（II）terpyridine complex:Crystal structureand DNA binding studies[J].JInorg Biochem,2005,99:2299-2307.

[2] Kou Y,Tian J,LiD,et al.Synthesis,structure,magnetic properties andDNAcleavageofbinuclearCu（II）Schiff-basecomplexes[J].Dalton Trans,2009,2374-2382.

[3] Loganathan R,Ramakrishnan S,Suresh E,etal.Mixed ligand copper（II）complexes of N,N-bis（benzimidazol-2-ylmethyl）amine（BBA）with diimine co-ligands:efficient chemical nuclease and protease activities and cytotoxicity[J].Inorg Chem.,2012,51：5512-5532.

[4] Pang DW,Abruna H D.Micro method for the investigation of the interactions between DNA and redox-active molecules[J].Anal.Chem.,1998,70:3162-3169.

[5] Wen Y H,Xie X L,Wang L,Syntheses,structures and properties of copper and cadmium complexes with quinoline-based benzimidazole[J],J，Coord.Chem.,2011,64（3）:459-472.