摘要
氨基酸席夫碱金属配合物作为配合物分类中的一种重要化合物，因其合成方法的简易性、丰富的化学结构及优异的生物活性一直是生物无机化学等领域的研究热点之一。脲酶作为一种含有镍离子的金属酶，可快速催化水解尿素释放氨气，造成局部组织pH值快速升高，导致人体稳态环境失衡引发多种疾病。近年来，席夫碱金属配合物的脲酶抑制活性得到了人们的重视。但是对于氨基酸席夫碱金属配合物作为脲酶抑制剂的研究却少有报道。泛素-蛋白酶体通路，控制着许多负责细胞周期和肿瘤生长的蛋白的降解。特异性的阻断该通路，会影响到细胞内众多关键蛋白的调控，导致细胞的凋亡。蛋白酶体也因此成为了一个理想的抗肿瘤药物设计与开发的新靶点。近年来，氨基酸席夫碱金属配合物作为蛋白酶体抑制剂的抗肿瘤活性研究得到了人们的关注。但是对于此类型金属配合物与蛋白酶体之间的相互作用研究却是少有报道。因此，设计和合成新型氨基酸席夫碱金属配合物，研究其化学结构、配位模式、脲酶抑制活性、抑菌活性及抗肿瘤活性，同时借助量子化学理论计算及分子对接模拟技术探讨不同氨基酸侧链基团对配合物生物活性造成的影响，建立一定的构效关系，对脲酶抑制剂、抑菌剂及抗肿瘤药物的开发具有一定的推动意义。 本论文选择1,2-双(2-甲氧基-6-甲酰基苯氧基)乙烷（下文简称为BMFPE）为先导化合物，使其与4种不同结构的氨基酸缩合并与金属离子反应，合成得到了4个系列的新型氨基酸席夫碱金属配合物，并培养得到了12个配合物单晶。采用元素分析、红外光谱分析、紫外光谱分析、核磁共振氢谱分析、热重分析及X-射线单晶衍射分析等多种分析测试方法对所得到的配体及配合物进行表征，并推断出金属配合物可能的配位模式以及化学结构。使用Gaussian03量子化学计算程序，采用密度泛函理论B3LYP计算方法6-31G及LANL2DZ混合机组对其进行几何优化及相关的量子化学计算，研究了其自然原子电荷分布及电子组态、前线分子轨道能量与组成、分子静电势及区间分布情况和自旋密度等。研究了部分金属配合物的刀豆脲酶抑制活性、抑菌活性及抗肿瘤活性，同时在实验结果的基础上借助分子对接模拟技术分别对其作用机理做了进一步的探讨。主要完成了以下几方面的工作： (1)合成得到了BMFPE缩L-苯丙氨酸席夫碱系列金属配合物，并培养得到了4个配合物单晶，其组成分别为[M(C36H34N2O8)]·2CH3OH(M=Ni(Ⅱ),Co(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Mn(Ⅱ))。由X-射线单晶衍射分析表明，每一个金属离子均与单分子的BMFPE缩L-苯丙氨酸配体相结合并分别与配体中的醚基上的两个氧原子、羧基上的两个氧原子以及席夫碱gt;C=N-结构上两个氮原子配位，最终形成了N2O4型六齿中性扭曲八面体配合物。以镍(Ⅱ)金属配合物[Ni(C36H34N2O8)]·2CH3OH为代表，该配合物分子之间通过π-π堆积作用以及C-H···O分子间弱作用力形成了其二维面状结构。其他配合物的分子组成为：[M(C36H34N2O8)]·2CH3OH(M=Cu(II),Cd(II))。 (2)合成得到了BMFPE缩L-丝氨酸席夫碱系列金属配合物，并培养得到了2个配合物单晶，其组成分别为[M(C24H26N2O10)](M=Ni(II),Co(II))。由X-射线单晶衍射分析表明，每一个金属离子均与单分子的BMFPE缩L-丝氨酸配体相结合，并分别与配体中的醚基上的两个氧原子、羧基上的两个氧原子以及gt;C=N-结构上的两个氮原子配位，最终形成了N2O4型六齿中性扭曲八面体配合物。以镍(Ⅱ)金属配合物[Ni(C24H26N2O10)]为代表，该配合物分子之间通过O-H···O分子间氢键作用形成了配合物的二维面状结构。其他配合物的分子组成为：[M(C24H26N2O10)]·CH3OH(M=Zn(Ⅱ),Mn(Ⅱ),Cu(Ⅱ),Cd(Ⅱ))。 (3)合成得到了BMFPE缩L-酪氨酸席夫碱系列金属配合物，并培养得到了3个配合物单晶，其组成为[Ni(C36H34N2O10)]·2.25CH3OH·0.5C4H10O、[Co(C36H34N2O10)]、[Cu(C36H34N2O10)]·2CH3OH。由X-射线单晶衍射分析表明，每一个金属离子与单分子的BMFPE缩L-酪氨酸配体相结合，并分别与配体中的醚基上的两个氧原子、羧基上的两个氧原子以及gt;C=N-结构上的两个氮原子配位，最终形成了N2O4型六齿中性扭曲八面体配合物。以镍(Ⅱ)金属配合物[Ni(C36H34N2O10)]·2.25CH3OH·0.5C4H10O为代表，该配合物分子之间通过C-H···O分子间弱作用以及O-H···O分子间氢键作用形成了配合物的二维面状结构。其他配合物的分子组成为：[M(C36H34N2O10)]·2CH3OH(M=Zn(Ⅱ),Mn(Ⅱ),Cu(Ⅱ),Cd(Ⅱ))。 (4)合成得到了BMFPE缩4-氯-L-苯丙氨酸席夫碱系列金属配合物席夫碱系列金属配合物，并培养得到了3个配合物单晶，其组成为[M(C36H32N2O8Cl2)]·2CH3OH(M=Ni(Ⅱ),Cu(Ⅱ))及[Co(C36H32N2O8Cl2)]·4CH3OH。由X-射线单晶衍射分析表明，每一个金属离子与单分子的BMFPE缩4-氯-L-苯丙氨酸配体相结合，并分别与配体中的醚基上的两个氧原子、羧基上的两个氧原子以及gt;C=N-结构上的两个氮原子配位，最终形成了N2O4型六齿中性扭曲八面体配合物。以镍(Ⅱ)金属配合物[Ni(C36H32N2O8Cl2)]·2CH3OH为代表，该配合物分子之间通过C-H···O分子间弱作用形成了配合物的二维面状结构。其他配合物的分子组成为：[M(C36H32N2O8Cl2)]·2CH3OH(M=Zn(Ⅱ),Mn(Ⅱ),Cu(Ⅱ),Cd(Ⅱ))。 (5)使用Gaussian03量子化学计算程序，采用密度泛函理论B3LYP计算方法6-31G及LANL2DZ混合机组对配合物进行了几何优化及相关的量子化学计算。研究了其自然原子电荷分布及电子组态、前线分子轨道能量与组成、分子静电势及区间分布情况和自旋密度等。通过对计算结果的分析，发现理论值与实验值基本相符，证明了计算模型的稳定性，也为进一步探讨其性质奠定了一定的理论基础。 (6)研究了部分Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)及Cu(Ⅱ)金属配合物的脲酶抑制活性，发现配合物的脲酶抑制活性受中心配位金属离子M(Ⅱ)种类及配体结构的影响。Ni(Ⅱ)及Cu(Ⅱ)金属配合物表现出较强的脲酶抑制活性。利用分子对接模拟技术对配合物与脲酶分子之间的结合模式进行了探讨，配合物分子结构中含有氢键供体或者氢键受体有利于其与脲酶活性中心的氨基酸残基之间形成氢键作用力，从而稳定的结合在脲酶活性口袋附近。结果表明，含有羟基的Cu(Ⅱ)金属配合物[Cu(C36H34N2O10)]·2CH3OH拥有较高的脲酶抑制作用，可作为潜在的脲酶抑制剂。 (7)以大肠杆菌及金黄色葡萄球菌为作用对象，采用琼脂扩散法对多种Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)金属配合物进行了抑菌活性研究。实验结果表明，与同系列的Cu(II)金属配合物相比，Cd(II)金属配合物拥有较好的抑菌活性。其中，BMFPE缩L-丝氨酸Cd(Ⅱ)金属配合物[Cd(C24H26N2O10)]·CH3OH对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出高等强度的敏感性。BMFPE缩L-酪氨酸Cd(Ⅱ)金属配合物[Cd(C24H26N2O10)]·2CH3OH对金黄色葡萄球菌表现出高等强度的敏感性。选取葡萄糖胺-6-磷酸合酶（GlcN-6-Psynthase,PDBID:2VF5）为抑菌作用靶点，采用分子对接模拟技术初步探究金属配合物抑菌活性的作用机理。结果表明，分子结构中含有羟基及具有较小空间体积的配合物有利于其进入到进入酶的活性中心口袋，并与附近的氨基酸残基形成作用力，进而表现出较强的抑菌活性。 (8)以人肝癌HepG2细胞及人乳腺癌MCF-7细胞为作用对象，采用SRB法对多种Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)金属配合物进行了抗肿瘤活性研究。实验结果表明，绝大多数的金属配合物具有较好的细胞增殖抑制作用。与同系列的Cu(II)金属配合物相比，Cd(II)金属配合物拥有较好的抗肿瘤活性。其中，BMFPE缩L-苯丙氨酸Cd(Ⅱ)金属配合物[CdL1]·2CH3OH及BMFPE缩L-丝氨酸Cd(Ⅱ)金属配合物[CdL2]·CH3OH在低浓度下仍对人肝癌HepG2细胞及人乳腺癌MCF-7细胞具有较好的增殖抑制作用。为了初步探究金属配合物抗肿瘤活性的作用机理，我们选取了20S蛋白酶体（20Sproteasome,PDB:2F16）为作用靶点，借助分子对接模拟技术对金属配合物与该蛋白酶体之间的结合模式进行了研究。对接结果表明，金属配合物可较好进入到20S蛋白酶体的空腔中，并与具有催化活性的亚基（β2及β5）结合，能较好阻碍蛋白质底物进入蛋白酶体的活性位点，从而有效抑制蛋白酶体的活性，继而诱导肿瘤细胞的凋亡。
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