FisetinCu&Zn配合物和嘌呤分子相互作用的理論研究

羅冬梅　李雪剛　姚娜　譚冬遠(yuǎn)　靳瑞發(fā)　肖文敏　辛景凡　孫菱翎　余杰

摘 要：本文采取量子化學(xué)中的DFT（密度泛函）法，用Gauss09程序包優(yōu)化的了Fisetin及Fisetin和Cu2+，Zn2+形成的可能的配合物與嘌呤分子相互作用后的幾何結(jié)構(gòu).得出相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化的之后的結(jié)構(gòu)參數(shù)、相互作用能量等，計(jì)算結(jié)果顯示，所優(yōu)化的體系均無(wú)虛頻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定.所得相互作用能表明，鳥(niǎo)嘌呤（Guanine）與所設(shè)計(jì)絡(luò)合物之間有明顯相互作用.

關(guān)鍵詞：Fisetin（漆黃素）;Zn2+，Cu2+;嘌呤;量子化學(xué)

中圖分類號(hào)：O642.0? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2020）03-0028-05

1 引言

漆黃素（Fisetin，屬于黃酮類化合物的一種，非人工加工過(guò)的黃酮化合物類存在生物活性、藥理功能和抗氧化能力，并用于某些疾病的預(yù)防及治療，如癌癥，腫瘤等，對(duì)于新創(chuàng)造的的藥物的設(shè)計(jì)有很重要的意義.）[1]是科學(xué)家從漆樹(shù)木質(zhì)部的一些水提煉物中提取出的，它能夠保護(hù)血管、防止脂質(zhì)過(guò)氧化.大量的生命必須要含有微量的元素中，Cu2+和Zn2+是不可或缺的，所以其絡(luò)合物的一些生理以及藥理作用是我們的研究目標(biāo)之一[2].Fisetin或者銅的絡(luò)合物也同樣能夠呈現(xiàn)出好的抗氧化性或者增強(qiáng)藥性，銅元素是一種常見(jiàn)的微量元素，在呼吸中發(fā)揮著重要作用，在光合作用中同樣的發(fā)揮著作用，而且它在很多的酶中能夠發(fā)現(xiàn)[3].鋅能夠讓我們發(fā)育、提高食欲、增強(qiáng)智力和免疫力，參和體內(nèi)300多種酶和功能蛋白的組成等，食物攝取來(lái)源主要為水產(chǎn)品和肉類及谷物.[4]

Fisetin添加到營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑中，有多種藥理作用.同時(shí)四類堿基是生命體DNA的組成單元，任何藥理和生理過(guò)程都會(huì)和其有關(guān)[5].黃酮類化合物有一些金屬離子配合物能夠提高藥效而且存在藥理機(jī)能，有望為中藥物質(zhì)基礎(chǔ)研究提供一些好的新的途徑，也是Fisetin的一個(gè)研究方向和目標(biāo)[6].本文選取漆黃素分子和Cu2+，Zn2+，按照理論和計(jì)算上可能的配合方式，研究設(shè)計(jì)出三種絡(luò)合物，絡(luò)合方式為堿基分子采取N或者O原子位置，和絡(luò)合物中的金屬離子中心直接接觸，結(jié)果表明，只有鳥(niǎo)嘌呤和該類絡(luò)合物有明顯相互作用.

2 計(jì)算細(xì)節(jié)

論文所涉及到的有計(jì)算均采用高斯09[7]程序包，在B3LYP[8]水平上完成.非金屬元素C、H和O采用6-31++g**[9]基組，金屬銅、鋅離子采用LANL2DZ[10]基組，得到了全優(yōu)化的的分子、配合物體系以及該配合物體系和四個(gè)堿基相互作用體系，能量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明Fisetin銅、鋅絡(luò)合物只對(duì)鳥(niǎo)嘌呤有明顯的相互作用.

3 結(jié)果和討論

3.1 腺嘌呤絡(luò)合體系

由表1知，在2Fisetin-Cu1+-A分子中，結(jié)合Cu+之后，Cu+離子和O的鍵長(zhǎng)R（O13，Cu）為2.560A，是最長(zhǎng)的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu+離子和O的鍵長(zhǎng)R（O14，Cu）為2.104A，是最短的鍵，相對(duì)穩(wěn)定的.C-N的鍵長(zhǎng)R（C63，N75）為1.377A;N-H的鍵長(zhǎng)R（H70，N71）為1.040A;C-O的鍵長(zhǎng)R（C8，O13）為1.253A.在2Fisetin -Cu2+-A-opt分子中，結(jié)合Cu2+之后，Cu2+離子和O的鍵長(zhǎng)R（O43，Cu）為2.270A，是最長(zhǎng)的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu2+離子和O的鍵長(zhǎng)R（O44，Cu）為2.037A是最短的鍵，穩(wěn)定.C-N的鍵長(zhǎng)R（C63，N75）為1.348A;N-H的鍵長(zhǎng)R（H70，N71）為1.014A;C-O的鍵長(zhǎng)R（C8，O13）為1.260A.在2Fisetin-Zn2+-A-opt分子中，結(jié)合Zn2+之后Zn2+和O的長(zhǎng)R（O43，Zn）為2.164A是最長(zhǎng)的鍵，是不穩(wěn)定的，Zn2+和O的長(zhǎng)R（O44，Zn）為2.05A，是最短的鍵，是相對(duì)穩(wěn)定的.N-H的鍵長(zhǎng)R（H70，N71）為1.014A;C-N的鍵長(zhǎng)R（C63，N75）為1.363A;N-H的鍵長(zhǎng)R（H70，N71）為1.014A;C-O的鍵長(zhǎng)R（C8，O13）為1.397A.結(jié)合堿基后，2Fisetin-Zn2+-A-op相比較2Fisetin-Cu2+-A-opt，2Fisetin-Cu1+-A的鍵長(zhǎng)減小，所以Zn2+結(jié)合Fisetin在幾何參數(shù)上看更加穩(wěn)定.

如圖1 Fisetin和Adenine大體上是平面的機(jī)構(gòu)，F(xiàn)isetin和堿基Adenine（腺嘌呤）結(jié)合后，Cu+為中心原子，在2Fisetin-Cu+-A-opt中，原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到122.31°變化了2.69°;原Adenine中的鍵角A（C2，C1，C13）由108.26°變化到126.86°變化了21.60°.Fisetin和堿基Adenine（腺嘌呤）結(jié)合后，Cu2+為中心原子，在2Fisetin-Cu2+-A-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到122.04°變化了2.44°;原Adenine中的鍵角A（C2，C1，C13）由108.26°變化到121.92°變化了13.67°.Fisetin和堿基Adenine（腺嘌呤）結(jié)合后，Zn2+為中心原子，在2Fisetin-Zn2+-A-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到126.86°變化了7.24°;原Adenine中的鍵角A（C2，C1，C13）由108.25°變化到122.62°變化了14.37°說(shuō)明平面結(jié)構(gòu)被打破.

3.2 鳥(niǎo)嘌呤絡(luò)合體系

根據(jù)表3、表4知，在2Fisetin-Cu+-GO-opt分子中，結(jié)合Cu之后，Cu+離子和O的鍵長(zhǎng)R（O44，Cu）為1.943A，是最長(zhǎng)的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu+離子和O的鍵長(zhǎng)R（C64，N71）為1.315A，是最短的鍵，是相對(duì)穩(wěn)定的.C-N的鍵長(zhǎng)R（C64，N72）為1.376A;C-H的鍵長(zhǎng)R（C65，H67）為1.082;C-O的鍵長(zhǎng)R（C40，O42）為1.382A.在2Fisetin-Cu2+-GO-opt分子中，結(jié)合Cu之后，Cu2+離子和O的鍵長(zhǎng)R（O13，Cu）為3.658A，是最長(zhǎng)的鍵，是不穩(wěn)定的，Cu2+離子和O的鍵長(zhǎng)R（O44，Cu）為1.923是最短的鍵是相對(duì)穩(wěn)定的，C-N的鍵長(zhǎng)R（C61，N62）為1.451A;N-H的鍵長(zhǎng)R（N66，H74）為1.472A;C-O的鍵長(zhǎng)R（C38，O43）為1.261A.

在2Fisetin-Zn2-GO-opt分子中，Zn2+和O的長(zhǎng)R（O43，Zn）為2.146A是最長(zhǎng)的鍵，是不穩(wěn)定的，Zn2+和O的長(zhǎng)R（O44，Zn）為2.039A，是最短的鍵，是相對(duì)穩(wěn)定的.N-H的鍵長(zhǎng)R（H70，N71）為1.042A;C-N的鍵長(zhǎng)R（C63，N75）為1.363A;N-H的鍵長(zhǎng)R（H70，N71）為1.042A;C-O的鍵長(zhǎng)R（C38，O43）為1.272A.結(jié)合堿基后，2Fisetin-Cu2+-GO-opt相比較2Fisetin-Cu+-GO-opt，2Fisetin-Zn2+-GO的鍵長(zhǎng)減小，所以Cu2+結(jié)合Fisetin更加穩(wěn)定.

根據(jù)表5知，如圖所示Fisetin和Guanine大體上是平面的機(jī)構(gòu)，F(xiàn)isetin和堿基Guanine結(jié)合后，Cu+為中心原子，在2Fisetin-Cu+-GO-opt中，原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到119.78°變化0.16°;原Guanine中的鍵角A（C2，C1，C4）由118.56°變化到110.464°變化了-8.10°.Fisetin和堿基Guanine結(jié)合后，Cu2+為中心原子，在2Fisetin-Cu2+-GO-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到120.47°變化了0.85°;原Guanine中的鍵角A（C2，C1，C4）由118.56°變化到122.62°變化4.06°.Fisetin和堿基Guanine結(jié)合后，Zn2+為中心原子，在2Fisetin-Zn2+-GO-opt中原Fisetin中的鍵角A（C2，C1，C6）由119.62°變化到126.86°變化了7.24°;原Guanine中的鍵角A（C2，C1，C4）由118.56°變化到122.06變化了3.50°則說(shuō)明平面結(jié)構(gòu)被打破.

通過(guò)吉布斯自由能計(jì)算相互作用能，公式：

△G=G_com-basic-G_com-G_basic

其中G_com-basic為絡(luò)合物與堿基體系的吉布斯自由能，G_com為絡(luò)合物的吉布斯自由能，G_basic為堿基分子的吉布斯自由能.結(jié)果表明，只有鳥(niǎo)嘌呤的相互作用能為負(fù)值，因此為相對(duì)穩(wěn)定絡(luò)合體系.

4 結(jié)語(yǔ)

從銅、鋅的Fisetin絡(luò)合物與堿基作用的計(jì)算結(jié)果知，只有鳥(niǎo)嘌呤的相互作用能為負(fù)值，與幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)相一致，其他的體系優(yōu)化出的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為松散.說(shuō)明鳥(niǎo)嘌呤分子與銅和鋅離子相互作用較強(qiáng)，絡(luò)合體系較為穩(wěn)定.

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收稿日期：2019-12-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（21563002）;內(nèi)蒙古科技廳自然科學(xué)基金（2019MS02030）;內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目（NJZY20199，NJZY18205，NJZY20202）;內(nèi)蒙古自治區(qū)光電功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金

通訊作者：羅冬梅（1976-），女（漢族），黑龍江克東人，赤峰學(xué)院副教授，博士，從事量子催化和天然產(chǎn)物分子研究