核苷酸以及金属配合物

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第849页（3775字）

核苷酸是由碱基、核糖和磷酸根(一个或多个)组成的。

核苷酸有的作为能量载体(如ATP)，有的作为氧化还原酶或脱氢酶的辅酶(NAD、FMN或FAN等)，有的直接参与生物遗传的主要物质基础DNA和RNA的生理作用。核苷酸有两个配位基团——碱基和磷酸根。

核苷酸中较为重要的是AMP、ADP和ATP。

20世纪60年代起，核苷酸与金属离子的配位化学研究始有报道。

生物无机科学工作者对此作了大量的工作，主要研究核苷酸的配位部位和在生物体中的作用。1966年，R．Phillips证实Mg(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)与ATP配位时，常与磷酸根中氧配位。

而Cu(Ⅱ·)、Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)可以与磷酸根中氧配位，也可以与碱基氮配位。

1971年，M．E．Heyde发现Mg(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)与ATP配位时不仅是1∶1配合物，而且有ATP－M－ATP和M₂－ATP存在，(其中M为Mg(Ⅱ)或Ca(Ⅱ)。

ATP－Ca－ATP对肌球蛋白三磷酸腺苷酶在人体中的作用具有十分重要的意义，而且与许多激酶、磷酸酶的反应有关。如许多激酶反应中，Mg(Ⅱ)与ATP配位最佳比为1∶1．Mg(Ⅱ)的浓度如果超过该比值，酶催化作用会降低。

ATP是生物体贮存能量的载体，为生物的一些活动提供能量，如生物合成、肌肉收缩、膜内外的离子传递等。ATP水解能释放出能量而自身变成ADP和正磷酸Pi。

Tetas等人报道，不同H+浓度下，二价金属离子促进ATP水解的活性顺序。Schneider报道金属离子促进ATP水解的反应速度顺序，并推断水解过程中有CuATP^2－形式存在。铃木等人报道用［C。

2dien(HO)₃］³⁺有促进ATP水解的作用。

在研究Mn(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等离子配位情况时，D．N．Hague(1972)发现Ox－Mn－ATP的作用与Ox－Mg－ATP的作用相类似，这与许多酶体系中可用Mn(Ⅱ)代替Mg(Ⅱ)的情况相一致。Cu(Ⅱ)与AMP中的磷酸根氧和腺嘌呤中N⁷同时配位形成分子内配合物，使其稳定性有所增强。1966年，M．M．TaguiKhan等曾报道二价金属离子与ATP、ADP、AMP形成配合物稳定常数的大小顺序为Cu(Ⅱ)＞Ni(Ⅱ)＞Co(Ⅱ)＞Mn(Ⅱ)＞Mg(Ⅱ)Ca(Ⅱ)＞Sr(Ⅱ)＞Ba(Ⅱ)。1971年，N．A．Berger等报道AMP形成二聚体，而且两个腺嘌呤环叠加起来使结构稳定性增强。1974年，H．Sigel在研究［Cu(bpy)(ATP)］^2－时发现，bpy和ATP的芳环有重叠堆积现象(又可称为疏水基的缔合作用)使三元配合物稳定性大大增强。这种堆积作用是配位化合物分子内配位体的疏水基之间的缔合作用，是一种电子效应。1985年，S．Yorshikaw等的研究资料证明这种配位体芳环的重叠堆积是有条件的，在溶液中存在着堆积型和开放型两种异构体的互变平衡。这种堆积作用引起生物无机化学家们的浓厚兴趣。

H．Sigel提出计算其稳定常数的公式，进而研究了Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Pd(Ⅱ)、Pt(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)和Ca(Ⅱ)等元素类似化合物中的堆积作用。影响这种堆积作用的因素很多：(1)1973年，C．H Barlow等人研究芳环相对大小不同时对堆积程度的影响。当两个芳环大小较为接近时，匹配性较好，则易发生堆积作用。如Cu(phen)(ATP)^2－和Cu(bpy)(UTP)^2－中各自两个配位体的芳环较为匹配，则堆积效果好。

(2)1970年，J．C．Maxwell发现堆积程度大小顺序与参与堆积的芳环大小顺序相一致。有ATP＞ITP＞UTP的规律。

1974年又证实芳环相互位置的远近也影响到堆积效果。(3)1987年，W．T．Potter等人研究表明Cu(phen)(ATP)^2－和Mg(phen)(ATP)^2－的堆积程度大小不同，这与不同金属离子与phen、ATP^4－键合情况有关。(4)1974年，J．CMaxwell还研究了金属离子在配位体间的桥联作用对堆积有影响。另一些科学家还证实配位场的几何构型、溶剂效应、温度变化等因素都影响堆积作用，进而影响到配合物稳定性和反应的选择性。研究堆积作用对于了解金属离子对酶的专属作用有一定的意义。

由于蛋白质和DAN等这些大分子中疏水基较多，在生物体内局部微环境中溶剂的极性将有所改变。

近几年来，研究溶剂极性的变化对核苷酸——金属配合物的配位性质影响较为活跃。1985年，R．Tribolet等人研究了溶剂极性的改变对Cu－ATP^4－和Cu(phen)(ATP)^2－、Cu(bipy)(ATP)^2－的结构和稳定性的影响。

同样的情况也出现在发生芳环堆积的Cu(Phen)(ATP)^2－和Cu(bipy)(ATP)^2－混配配合物中，溶剂极性减小，使堆积作用减弱，堆积型异构体减少。

1990年，G．Liang等证实Cu－AMP^2－受溶剂极性的影响与Cu－ATP^4－不同。

在二氧六环－水混合体系中，随着二氧六环百分比的增大(从0%～30%)，闭式异构体减少，随着二氧六环百分比的继续增大(从30%～50%)，闭式异构体增多，约在二氧六环百分比为30%左右，闭式异构体最少。1988年，S．S．Massoud等总结了二价金属离子与UMP^2－、TMP^2－、CMP^2－的配位规律，证实二价金属离子仅与UMP2^－、TMP^2－、CMP^2－的磷酸根配位，而不与其碱基氮配位，建立了二价金属离子M²⁺与NMP(NMP=UMP，TMP，CMP)，的配合常数与其磷酸根的碱性的线性关系。

核苷酸－金属配合物的理论研究的目的之一，是希望据此提供金属离子存在与否时生物体中各种蛋白、酶作用的信息。对于研究金属蛋白、金属酶的结构和性质，设计金属离子催化反应模型，查明金属离子对生命体系和正常生命活动的作用，寻找新型药物，研究药理，解析DNA基团密码将有所帮助，能提供一定的理论证据。

这方面的工作才刚刚开始，有待于进一步研究。

。【参考文献】：

1 H Sigel. Metal Ions in Biogical systems. Marcel Dekker A G.Basel, 1979

2 Roger Tribolet,et al. Influence of Decreasing Solvent Pol-arity (Dioxane - watet Mixtures ) on the Stability and structure of Binary and Ternary Complexes of Adenosine 5' - Triphosphated and Uridime

3 H Sigel,et al. Comparison of the Stabilities of Monomeric Metal Ion Complexes Formed with Adenosine 5' - Triphosphate (ATP) and Pyrimidine - Nucieoside 5' - Triphospnates ( CTP. UTP. TTP ) and Evaluation of the Isomeric Equilibria in the Complexes of ATP and CTP. Inorg. Chem , 1987,6:2149～ 2157

4 Salah S Massoud,et al. Metal Ion coordnating Properties of Pyrimidine -Nucieoside 5' -Monophosphates(CMP. UMP. TMP)and of Simple PHosphate Monoesters. Including D - Riose 5' - Monophophate Establishment of Relations Between Complex Staability. and Phosphate Basicity. Inorg. Chem, 1988,27:1447～1453

5 Guogang Liang,et al. Solvent -Dependent Metal Ion- Nucieic Base Recognition Inorganic Chemistry 1990.(19): 3631～32

(山东师范大学杜鸣撰)