基本信息
- 项目名称：
- 大黄酸锌配合物的合成、表征及生物活性研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究将“唯有机成分有效论”和 “微量元素对号入座论”两种片面的观点结合在一起，以中药配位化学学说为基础。采用天然药物有机活性成分大黄酸为配体，选择具有生理活性的微量元素锌，利用单因素和正交实验确定大黄酸与锌离子发生配位反应的最佳条件，首次合成了大黄酸锌配合物，并对其结构进行了光谱表征。采用光谱分析手段，探究了大黄酸锌配合物与牛血清白蛋白的相互作用。结果表明，大黄酸锌配合物能够被蛋白质储存和运输。
- 详细介绍：
- 中药有效化学成分的研究 “唯有机成分有效论”起决定作用的观点，忽视和排斥微量无机元素的作用，而长期的中药微量元素研究，套用“微量元素对号入座论”片面夸大和过分强调微量元素的含量和种类，套用微量元素的生物活性，解释中药的药性和药效，而把有机成分抛在一边。这两种理论都是片面的不符合系统论原则。现代科学的发展已证实中药有效化学成分既不单纯是有机分子，也不单纯是微量元素，而主要是有机分子与微量元素组成的配位化合物。中药有效化学成分不仅以配合物形态存在于中药中，而且以配合物形态在人体内起作用，配合物才是真正的整体意义上的中药有效化学成分，随着顺铂、碳铂、卟啉等配合物的合成，有机成分与微量元素形成配合物则成为新药开发的研究热点之一。大黄酸属单蒽核类1,8-二羟基蒽醌衍生物，是中药大黄、何首乌、虎杖等多种中药的主要活性成分之一，具有降脂减肥、抑菌、通便排毒、保肝抗纤维化、抗炎、抗肿瘤等多种生物活性及药理作用，并且在治疗骨关节炎、糖尿病、肾病等疾病及协同抗肿瘤方面表现突出而成为热门课题之一。但是大黄酸几乎不溶于水，极大影响了大黄酸在生物体内的利用度。由于大黄酸分子具有较高的超离域度，完整的大π键共轭体系，强配位能力的氧原子及利于配合物形成的合适的空间构型，可作为金属离子良好的螯合配体。锌作为人体必需的微量元素，不仅参与DNA聚合酶、RNA合成酶和超氧化物岐化酶等多种酶的组成，它还参与基因复制、转录及蛋白质的合成。本文采用单因素与正交实验的方法，以大黄酸锌产率为考察指标，对影响大黄酸锌配位反应发生的因素进行了研究,并用红外光谱进行了表征。根据中药有机成分与微量元素结合后往往会提高其生物活性或产生新的生物活性的理论，考虑到锌是人体内一种必需的微量元素，是机体内蛋白质和酶的重要组成部分，在人体的新陈代谢过程中起着重要的作用。将大黄酸与锌通过配位反应，通过单因素和正交试验对大黄酸与锌离子的配位反应进行了系统研究。优化了大黄酸与锌离子配位反应的条件，实验结果表明，在反应pH 值9.0,反应温度30℃，反应时间80 min条件下，配合物产率较大。通过光谱分析手段，推测其可能的结构。组成为Zn(rhein)2•2H2O （rhein失去1-OH中质子）。在模拟生理条件下，采用荧光光谱法研究了大黄酸锌配合物与牛血清白蛋白的作用机理，获得了大黄酸锌配合物与白蛋白相互作用的结合常数、结合位点及结合距离，根据热力学参数，确定了作用力类型，并用同步荧光光谱和圆二色光谱技术考察了配合物对白蛋白构象的影响。大黄酸锌对白蛋白内源荧光具有较强猝灭作用，此猝灭过程是由于形成复合物而引起的静态猝灭和非辐射能量转移，求得了大黄酸锌与白蛋白的结合常数、结合位点和热力学参数，得出了大黄酸锌与白蛋白之间作用力主要为范德华力、氢键；依据Förster的偶极-偶极非辐射能量转移理论，求出了大黄酸锌在白蛋白上结合位置，表明大黄酸锌的部分片段能够插入白蛋白分子内部形成复合物；用同步荧光光谱和圆二色光谱探讨了大黄酸锌对白蛋白构象的影响，结果表明大黄酸锌可以被蛋白质所储存和运输。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：1.运用配位化学的新理论、新技术，探索大黄酸与锌离子发生配位反应的最佳条件；2.探究大黄酸锌配合物与蛋白质的相互作用，并研究大黄酸锌配合物与蛋白质的相关理化参数等问题。 基本思路: 1.单因素法、正交试验探索大黄酸锌配合物的最佳合成条件。2.运用元素分析、核磁共振氢谱、红外光谱、热重分析对大黄酸锌配合物的结构进行表征。3.光谱法研究大黄酸锌配合物与蛋白质相互作用。
科学性、先进性及独特之处
- 作品的科学性：1.本研究将“唯有机成分有效论”和 “微量元素对号入座论”两种片面的观点结合在一起，以中药配位化学学说为基础，成功合成了大黄酸锌配合物；2.探究大黄酸锌配合物与牛血清白蛋白的相互作用,不仅有利于其它天然药物的研制开发，还为科学地阐述天然药物的药理作用提供一定的理论依据。 先进性及独特之处：首次合成、表征了大黄酸锌配合物并探究了最佳合成条件以及与蛋白质的相互作用。
应用价值和现实意义
- 根据中药配位化学原理，中药有机成分与微量元素结合后往往会提高其生物活性或产生新的生物活性。 考虑锌是机体内蛋白质和酶的重要组成部分，在人体的新陈代谢过程中起着重要的作用。本课题首次研究了大黄酸锌配合物，不仅可以在分子层面上解释蛋白质与药物小分子的结合反应作用机理，分析蛋白质结构与功能的关系，而且有助于研究药物的药理和毒理的微观机理，为药物的分子设计、筛选及新药的开发提供有力指导。
学术论文摘要
- 大黄酸与锌配合反应条件的研究 通过单因素和正交试验，系统研究了大黄酸与锌离子发生配位反应的影响因素；采用红外光谱对配合物进行了表征，并探究了最佳合成条件。 大黄酸锌配合物与牛血清白蛋白相互作用研究 采用荧光猝灭光谱、同步荧光光谱、紫外光谱和圆二色光谱，研究了大黄酸锌配合物与牛血清白蛋白（BSA）之间的相互作用。明确了大黄酸锌配合物与BSA之间的猝灭方式、结合常数、作用力类型、结合距离以及大黄酸锌配合物能否使BSA构象发生变化。
获奖情况
- 1.《大黄酸锌配合物与牛血清白蛋白相互作用研究》在2011,39(3):401-404《分析化学》发表（SCI收录，UTISI000290841800021）。 2．《大黄酸与锌配合反应条件的研究》拟在中文核刊《光谱实验室》 2011.9刊出.
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]赵芳，梁慧，程惠，王军.大黄酸金属配合物的合成、表征及抗氧化活性研究.化学学报2011,69(8):925-930 [2] 赵芳，梁慧，程惠，王军，赵文慧.大黄酸铜(Ⅱ)配合物与牛血清白蛋白的相互作用研究.化学学报 2011,32（6）：925-930 [3]余佳，吴晓晴，孙海峰等.大黄酸及其衍生物的生物活性研究进展．药学与临床研究 2008,16(2):125-128. [4] 郭美姿，李孝生，沈鼎明等．大黄酸对大鼠肝纤维化形成的影响．中华肝脏病杂志 2003，ll(1)：26—29. [5] 刘彦珠，罗国安．大黄素和大黄酸对平滑肌细胞增殖作用研究．生物物理学报1998,l4(2):240-243. [6] 梅光泉，应惠芳.超氧化物岐化酶中微量元素的化学行为和生物功效.微量元素与健康研究，2003,20(5):59-62. [7] 谭明雄，陈振锋，罗旭键等.天然药物有效成分的金属配合物研究进展.林产化学与工业 2008,28（6）：93-99. [8]Panhwar QK,Memon S,Bhanger MI.Synthesis， characterization, spectroscopic and antioxidation studies of Cu(Ⅱ)-morin complex. J. Mol. Struct. 2010, 967(1-3):47-53. [9] 杨美玲, 杨培菊, 宋玉民. 芦丁金属配合物的合成、表征及与血清白蛋白的相互作用.无机化学学报2005,21(4):483-489 [10]丁冶春,夏侯国论,王家智,武林,戚琦,范小娜.稀土芦丁配合物的合成、表征及抗肿瘤活性研究.光谱实验室201028（2）：614-617
同类课题研究水平概述
- 现代科学发展已证实中药有效化学成分既不单纯是有机活性成分，也不单纯是微量元素，而是有机活性成分、微量元素及其有机活性成分与微量元素形成的配位平衡使他们之间产生相互的协同、拮抗或产生新的生物学活性的特性。目前对中药有机活性成分、微量元素与药效的研究仍处于低级阶段，大多数研究仍以种类和含量对其药效进行推测。如何从分子水平上研究有机活性成分与微量元素的协同作用是我们需要解决的重要问题之一。各种小分子与生物大分子之间的相互作用规律是当前研究生命体系过程中屡屡遇到的各种生物体系所共有的基本化学问题之一，开展这方面的研究将是化学学科未来发展的趋势之所在。蛋白质是生物体内重要的大分子，也是生物体中不可缺少的基本组成物质，它在生物的生命活动过程中也一直起着非常重要的作用。有关蛋白质的各类研究是当前生命科学、化学、药学以及临床医学研究的重要课题。特别是蛋白质与药物小分子之间的相互作用的研究，不仅可以在分子层面上解释蛋白质与药物小分子的结合反应作用机理，分析蛋白质结构与功能的关系，而且有助于研究药物的药理和毒理的微观机理，为药物的分子设计、筛选及新药的开发提供有力指导和重要启示。近年来，国内有关研究也日趋活越。
