一种新型镍基配合物与牛血清白蛋白的作用机理研究

2022-01-18海文丽马小燕左伟响

石油化工应用 2021年12期

海文丽，马小燕，左伟响，宋欢，李冰

（宁夏大学化学化工学院，宁夏银川 750021）

探究金属配合物与蛋白质间的相互作用是确定金属基药物治疗功效的基础，对新型金属基药物的合成、筛选具有指导意义[1]，探索其作用机理是药物化学领域上的研究热点[2]。牛血清白蛋白（BSA）与人血清白蛋白（HSA）具有高度同源性的结构，常被选为蛋白质的研究模型[3]。另外，多种有机功能分子和金属配合物能与BSA 相互作用。因此探究配合物与BSA 间的结合过程以及作用机制是研究药物在体内的分布输送及其作用机制的关键，具有重要的研究意义[4]。

5-三氟甲基吡啶-2-甲酸是一种新型的含氟配体，其必定换上的N 原子和羧基上的O 原子均可参与配位[5]，而引入的三氟甲基可有效的改善药物在体内的吸收和代谢，是研究BSA 作用的优良配体。本文构筑了一种未见文献报道的基于5-三氟甲基吡啶-2-甲酸的镍基配合物，在充分结构表征的基础上研究了其与BSA 作用的机理。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

EQINOX-55 型红外光谱仪；Vario EL cube 型元素分析仪，SETSYS-1750CSEvol 热分析仪；DMax/2200PC X-射线衍射仪。

5-三氟甲基吡啶-2-甲酸（Htpc）和NiCl2·6H2O 均为分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 配合物Ni（Htpc）2（H2O）2

在15 mL 的反应釜内加入配体Htpc（9.50 mg，0.05 mmol）、NiCl2·6H2O（11.9 mg，0.05 mmol）和7 mL H2O，用1 mol/L 的NaOH 溶液调整体系的pH≈8，在140 ℃的烘箱中反应72 h 后，自然冷却到室温。过滤后用去离子水洗涤3 次，在室温干燥后收集绿色粉末。产率：62%（基于NiCl2·6H2O）。IR（cm-1，KBr）：3 336 m，1 658 m，1 503 m，1 401 m，1 148 w，936 w，837 w，646 w，455 w。

1.3 荧光光谱实验

配合物与BSA 作用需在0.1 mol/L Tris-HCl 缓冲溶液（pH=7.40）中进行。在保持BSA 浓度（2×10-5mol/L）不变的情况下，每次向比色皿中加入浓度梯度为0～10×10-6mol/L 的被测化合物。以280 nm 为激发波长，记录混合体系在298 K、308 K 和318 K 下的荧光光谱。

2 结果与讨论

2.1 粉末衍射

已有文献[2]报道了三氟甲基吡啶羧酸的锰基配合物Mn（Htpc）2（H2O）2，因此对比了二者的粉末衍射数据（见图1）。结果表明，镍基配合物和Mn（Htpc）2（H2O）2的粉末衍射数据非常相似，说明这两个配合物有类似的配位环境。结合电荷守恒原理，推断该镍基配合物由一个Ni（II）离子，两个失去质子的H2tpc 的配体以及两个配位水分子组成，形成六配位的八面体构型。

图1 镍基配合物与Mn（Htpc）2（H2O）2 的粉末衍射对比

2.2 配合物的热分析

镍基配合物在30～800 ℃的热分解曲线（见图2）。该配合物共有两次质量损失。第一次质量损失为7.5%，发生在142.7～223.6 ℃，对应失去两个水分子（计算值为7.6%）。随后该配合物骨架保持稳定。第二次质量损失在328.5～551.1 ℃范围内，对应于Htpc 配体的损失（实际失重率：75.1%，计算值：74.9%）。剩余部分可能是NiO，残余率17.4%与计算值17.5%基本一致。

图2 镍基配合物的热分解图

2.3 元素分析

为了进一步验证配合物1 的结构，对配合物中C、H、N 元素含量进行测定，元素分析（C14H10NiF6N2O6）：理论值C：35.39%；H：2.12%；N：5.90%；实际值C：35.54%；H：2.21%；N：5.98%。元素含量分析测量结果与理论计算值吻合较好，进一步验证其分子组成为［Ni（Htpc）2（H2O）2］。

2.4 配合物与BSA 的作用机理研究

荧光光谱法是探究金属配合物与BSA 作用机理的重要方法之一。BSA 分子中含有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等氨基酸残基，会产生一定强度的荧光。BSA 体系的荧光强度随着镍基配合物不断加入时的变化（见图3）。由图3 可以明显可以看出，随着镍基配合物浓度的不断增大，BSA 在339 nm 左右处的荧光强度不断降低，说明二者发生了相互作用，猝灭了BSA 的内源性荧光。

图3 镍基配合物对BSA 的荧光猝灭图（CBSA=2×10-5mol/L；10-6Ccomplexes（/mol/L）1-6：0，2，4，6，8，10）

为了探索配体Htpc 和镍基配合物对BSA 荧光的猝灭机理，采用Stern-Volmer 方程对荧光猝灭数据进行了分析：

式中：F0-BSA 的荧光强度；F-加入配合物后BSA的荧光强度；Ksv-猝灭常数；Q-配合物的浓度；τ0-生物大分子的平均荧光寿命，为10-8s。以为纵坐标，Q 为横坐标作图，可得配合物在298 K、308 K 和318 K 三个温度下的猝灭曲线（见图4）。根据曲线的斜率计算出镍基配合物［Ni（Htpc）2（H2O）2］在不同温度下的平均猝灭速率常数为2.324×105L·mol-1·s-1，大于动态猝灭的BSA 的最大猝灭常数（2.324×105L·mol-1·s-1），说明镍基配合物对BSA 的荧光猝灭作用是静态猝灭机制。

图4 镍基配合物［Ni（Htpc）2（H2O）2］与BSA 作用的Stern-Volmer 曲线

对于静态猝灭机制，可以运用Scatchard 方程来计算配体和配合物和BSA 相互作用时的结合常数（Ka）：

式中：Q-被测化合物（猝灭剂）的浓度，通过计算可知配体和镍基配合物的结合常数Ka分别为3.247×103和4.251×106。自由配体Htpc 本身与BSA 键合能力较弱，但当该配体与Ni2+形成配合物［Ni（Htpc）2（H2O）2］后，其与BSA 分子的键合能力明显增强，这可能是由于配合物中的N，O 螯合作用会增大配合物结构的平面型和刚性，有利于与BSA 分子相互结合，使得镍基配合物与BSA 的结合活性明显优于单独的配体Htpc。