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花青素及原花青素类多酚与DNA分子相互作用初步研究

【摘要】:植物多酚是一类广泛存在于植物体内具有多元酚结构的次生代谢物。植物多酚具有抗氧化、抗肿瘤、预防心血管疾病、预防糖尿病等多种生物活性。DNA是目前科学研究和临床使用中许多抗癌药物的作用靶点。DNA分子结构中有可与小分子相互作用和发生识别的位点,因而它们为调控基因表达治疗剂的开发提供了化学结构基础和信息。药物小分子与DNA相互作用研究对于阐明它们之间形成的分子结构与其抗癌活性之间的相关性至关重要。在本论文中我们选取了 5种典型的植物多酚包括原花青素、儿茶素、表儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与DNA的相互作用进行研究。应用光谱法和原子力显微镜研究了上述几种植物多酚与DNA相互作用的方式和强度。本论文的主要研究内容及结果如下:1.研究了矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与DNA分子的相互作用。紫外光谱研究结果中出现了减色效应和红移现象是由于矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的芳香发色团与碱基发生插入结合。荧光光谱法的测定结果表明它们之间的相互作用为静态猝灭;温度升高后,矢车菊素与DNA形成配合物的稳定性逐渐减弱。根据热力学参数计算得ΔH=-9.48×10~4 J·mol~(-1),ΔS=~(-1)81.5 J·mol~(-1),说明二者间的作用力为范德华力和氢键作用力。根据圆二色光谱分析,当浓度升高时,吸收峰的位置没有偏移,正吸收峰吸收强度下降,意味着矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与DNA作用使碱基对堆积发生变化,负带增加表明ct-DNA的双螺旋结构的逐渐打开,这一变化可推断由于矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与ct-DNA分子的碱基插入结合导致β型DNA的螺旋性和碱基堆积发生了变化。2.研究了儿茶素、表儿茶素与DNA的相互作用。主要运用紫外-可见光谱法、荧光光谱法、圆二色光谱法、原子力显微镜对它们之间的相互作用和强度进行表征。荧光光谱实验结果表明儿茶素、表儿茶素对插入溴化乙锭(EB)分子的DNA的荧光有猝灭作用,且猝灭方式为静态猝灭。儿茶素与DNA形成复合物的热力学参数分别为ΔH=-6.81×10~5 J·mol~(-1),ΔS=-2.12×10~3 J·mol~(-1)。表儿茶素与DNA作用的热力学参数为ΔH=~(-1).97×10~5 J·mol~(-1),ΔS=-512.9 J·mol~(-1)。随温度升高,儿茶素、表儿茶素与DNA结合稳定性减弱。AG0说明儿茶素、表儿茶素与DNA的结合过程都是自发进行的。根据圆二色光谱分析可知加入儿茶素、表儿茶素后,DNA的双螺旋随着儿茶素和表儿茶素浓度的增高而发生改变,这表明二者间是发生结合。本研究中同时比较了儿茶素的一类酯单体EGCG与DNA的相互作用。热力学参数计算得它们相互作用的ΔH=-4.28×10~5 J·mol~(-1),ΔS=~(-1).62×10~3 J·mol~(-1)。反应为自发进行的。圆二色光谱276nm处的正吸收峰随EGCG的浓度升高而降低,进一步说明了 EGCG与DNA发生了相互作用。根据结合常数的比较可得,25℃和37℃条件下,EGCG的结合常数均大于儿茶素与表儿茶素,表明EGCG与DNA的结合能力更强。3.研究了原花青素与DNA的相互作用,通过紫外吸收光谱的强度变化和红移现象,说明二者发生了相互作用。荧光光谱法表明原花青素能够显著的猝灭结合了 EB的DNA的荧光强度,猝灭常数(Ksv)随温度升高而降低,猝灭方式为静态猝灭。通过自由能公式计算可得焓变为1.03×10~5 J·mol~(-1),熵变为522.9 J·mol~(-1),焓变熵变均为正,表明原花青素与DNA结合过程以疏水作用为主。随着原花青素浓度的增加,圆二色谱在276 nm处正峰逐渐下降,248 nm左右的负峰逐渐上升并红移,表明原花青素的加入改变了 DNA链的β螺旋结构。原子力显微镜结果显示未作用的pUC19DNA为不规则环状,加入原花青素后变为小的粗线圈状结构;对LambdaDNA的原子力显微镜结果显示,LambdaDNA为六角螺旋线形结构,加入原花青素后改变为直径为6-7nm的粗链状结构;对pUC57DNA的观察结果显示其形貌为不规则环状,与原花青素作用后,大环明显聚集为链较粗的小环近似球形结构。上述显微结果显示原花青素可导致DNA出现凝集结构。

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