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ATP与某些金属离子相互作用的NMR研究

姜凌  
【摘要】:5’-三磷酸腺苷(ATP)是一种非常重要的能量物质,它与金属离子的复合物是众多生物酶促反应必不可少的辅因子,对研究生化反应过程具有显著的指导意义。核苷酸与金属离子的相互作用只有在溶液中才能表达其生物功能,现代核磁共振技术是研究物质在溶液中相互作用的有力工具,可以在分子水平上给出溶液中复合物的构象,提供丰富的结构信息。 近年来,杜菲博士在NMR实验中发现ATP与金属离子Fe~(3+)及Zn~(2-)的配合物在溶液中的配位点对溶液的pH值十分敏感。在此基础上,本论文用核磁共振方法测定了多种金属离子Mg~(2+)、Cd~(2+)、Pt~(2+)与ATP相互作用的结合部位,证明在不同的pH条件下复合物有不同的结合方式。 首先在ATP-GTP混合溶液中用NOESY实验观察到了不同核苷酸之间的质子间NOE变叉峰,首次直接证明了碱基堆积现象的存在。 接着系统地研究了生命科学中最重要的金属离子Mg~(2+)与ATP的相互作用。通过对~(15)N化学位移的直接检测,获得了N1与Mg~(2+)在酸性条件下进行作用的重要结论。又用NOESY实验和基于碱基芳香环流影响的化学位移理论计算详细讨论了Mg~(2-)存在时ATP结构随pH变化的规律。发现随着pH增加,ATP分子构象从cis.构象通过-gauche构象转变为trans构象,进一步说明了N1在低pH时与金属离子配位是完全可能的。 研究了Cd~(2-)和ATP的结合位点。测量了不同pH时~1H,~(15)N、~(31)P及~(113)Cd的化学位移变化和~(31)P-~(31)P偶合常数的变化。发现ATP的磷酸根与碱基部分都参与配化,在不同酸碱条件下,N1-和N7-配位的两种复合物占有不同的比例。 发现ATP能与高效抗癌药物cisplatin在pH 1.9~9.5范围内以N7配位形成稳定的共价键化合物,(ATP)_2Pt(NH_3)_2。在酸性溶液中,除了N7-配位型复合物外,还存存N1-配位型复合物,并与游离的ATP分子快速交换。与trans-DDP和PtCl_2相比,cisplatin有很高的反应活性。N7-配位型复合物的形成受到含Pt(Ⅱ)化合物水解速度的制约,是动力学控制的反应进程。


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