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1、武汉大学学报(自然科学版)J.WuhanUniv.(Nat.Sci.Ed.)Vol146No12Apr.2000,133～136第46卷第2期2000年4月文章编号:0253,9888(2000)02一0137一05α富勒烯及其衍生物在生物方面的应用肖春华,吴采樱(武汉大学化学学院,武汉430072)摘要:介绍了富勒烯及其衍生物对人体免疫缺陷病毒酶(HIVp-1)的抑制、DNA的裂解、消除自由基和对生物膜的双重作用等方面的应用,及可能存在的作用机理1关键词:富勒烯;富勒烯衍生物;应用中图分类号:O634.5文献标识码:A富勒烯(C60)是除金刚石、石墨以外碳的第三种同素异形体
2、,自1990年Huffman和Kratschmer等找到克量级制备方法以来C60的研究得到了飞速发展.C60是由12个五元环和20个六元环组成的三十二面体结构,有30个共轭双键,它提供了制备不同化学或生物化合物的机会,并具有广阔的应用前景,其中最有前景的应用领域之一是建立在它们的生物是一种病毒,称为HIV,这种病毒侵犯人的T淋巴细胞,引起大量T细胞死亡,从而导致严重的细胞免疫缺陷,人体兔疫缺陷病毒酶的活性部位,可被大致描述为一个周围全部排列着疏水氨基酸的无底圆筒形1与这种疏水趋势明显例外的是在活性部位尚存在两个能催化水进攻底物使肽键断裂的天冬氨酸(Asp25,Aspl25).
3、Friedman等人4假设C60分子半径与所描述的人体兔疫缺陷病毒酶活性部位的圆筒形有相同的半径,由于C60(及其衍生物中C60的部分)主要是疏水性的,因而C60和人体兔疫缺陷病毒酶活性部位存在着一个强的疏水相互作用1这种相互作用使得C60衍生物成为HIVP的抑制剂,动力学分析也支持了HlVP和C60衍生物结合的驱动力是病毒酶中非极性活性表面和C60表面的疏水相互作用1除此,通过引入独特的静电相互作用,可以增加两者的结合能1在病毒酶的活性部位,催化性的天冬氨酸盐和C60表面上阳离子之间的盐桥具有明显的静电相互作用1已经发现几种二价金属阳离子是HlVP的抑制剂,通过在C60上引
4、入一个酰胺盐桥可使配体和受体的结合能增加约17KJƒmol,使C60与HIVP的结合能力增大1000倍,大大加强了C60的抑制活性1特性基础之上1,如具有细胞毒性2,能促使DNA的选择性分裂3,抗病毒活性4和药理学特性5等1直接将富勒烯和生物活性物质相连,研究其在生理学上的应用前景也十分诱人,然而,由于富勒烯固有的疏水性,无法与人体内“靶分子”作用,使得它们在生物化学领域中的研究和应用受到很大的限制1近年来,对合成水溶性富勒烯衍生物方面的突破和成功,大大加速和扩宽了C60衍生物在生物方面的应用范围1本文针对C60及其衍生物在对细菌的抑制、DNA的裂解、消除自由基和对生物膜的双
5、重作用等方面的应用作一简要评述1对人体免疫缺陷病毒酶(HIVP)和1细菌的抑制51993年Sijbesma等人又设计合成了水溶性的具有生物活性的二氨基二酸二苯基C60的衍生物,设计考虑要求这些化合物一端有极性官能团,对对人体免疫缺陷病毒酶(HIVP21)的抑制,是抗病毒疗法的一个可行的目标,也是治疗艾滋病的关键1艾滋病是一种新传染病,1984年证明它的病原α收槁日期:1999-07一10基金项目:教育部博士点基金资助项目作者简介:肖春华(1972)女,博士研究生,现从事固相微萃取涂层的研究1年Ros和Prato8将N2取代的甘氨酸、醛和C60缩合HIVP而言,则含有正离子更好
6、.合成的化合物1(见图1)溶于pH≥7的水中,使其成为一个评估C60衍生物的生理和药理活性的理想底物1它既是HIVP的抑制剂,在低浓度范围内又是人体兔疫缺陷病毒HIV21和HIV22反转录酶的抑制剂,化合物1的合成,为探索C60衍生物在生物医学方面的实际应用获得了突破性进展,该化合物对HIVP的抑制为人们展示了极为广阔的前景,从分子结构上看,化合物1键连的极性梭基一端是其水溶性的物质基础1而衍生物中C60母体又是其疏水性的依赖,C60表面和HlVP中非极性的活性表面的疏水相互作用,有效地阻断了病毒酶的活性,而化合物1结构的C60衍生物的极性链段部分,因其水溶而具有较好的生物化
7、学特征1因而它是人们合成有潜在应用前景的抗病毒C60衍生物的一个很好的借鉴1得到新颖C60稠合功能化的吡咯烷2～4(图2).与富勒烯尼古丁相比,这些化合物在比率为9:1的水2二甲亚矾(DMSO)中显示了适宜的溶解性,其中4的溶解性优于2和3.在初步的生物测试中,发现4对一系列微生物有活性1在修饰的琼脂扩散测试中,不同种的细菌和霉菌菌种均被杀死1图2化合物2～4的分子式2致使DNA裂解核酸含有生物遗传信息,是一类重要的生物分子1它包括脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA两大类,DNA构成遗传信息物质,RNA
