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基本信息
- 項目名稱：
- 水楊醛縮甘氨酸西佛堿配合物的合成及生物活性
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 本項目以水楊醛和甘氨酸為原料，首先合成了水楊醛縮甘氨酸西佛堿，再以之為配體與鋅離子反應(yīng)制備配合物；采用X-ray單晶衍射解析結(jié)構(gòu)，研究分子的成鍵類型及作用模式；通過光譜法評價配合物對α-葡萄糖苷酶的抑制作用；結(jié)果表明目標(biāo)分子為未見文獻報道的新配合物，且性能結(jié)合了西佛堿和鋅離子的優(yōu)點，對α-葡萄糖苷酶的抑制作用較配體顯著增強，抑制率遠大于進口降糖藥物拜唐蘋,在治療糖尿病及其并發(fā)癥方面極具應(yīng)用前景。
- 詳細介紹：
- 糖尿病是一種常見的代謝性疾病，餐后高血糖是糖尿病及其并發(fā)癥的直接誘因。α-葡萄糖苷酶是飲食中碳水化合物經(jīng)消化并最終釋放出葡萄糖的關(guān)鍵酶，降低該糖苷酶的活性，可阻滯雙糖水解成單糖延緩糖的吸收，降低餐后血糖水平。西佛堿是由伯胺與羰基化合物縮合具有C=N結(jié)構(gòu)的一類化合物，具有良好的配位性能，易競爭性的占據(jù)酶與碳水化合物的絡(luò)合位點。鋅作為人體一種必需的微量元素，具有一定的降糖活性。用Zn2+與脂溶性強、細胞穿透性好的西佛堿反應(yīng)合成配合物，有望得到一種更有療效的新型降糖藥物。 基于以上思路，我們合成了水楊醛縮甘氨酸西佛堿配體及其鋅的金屬配合物，通過X-射線衍射測定了該配合物的晶體結(jié)構(gòu)，通過光度法系統(tǒng)研究了它們對α-葡萄糖苷酶的抑制作用；該研究可為研發(fā)新型α-葡萄糖苷酶抑制劑類降糖藥物提供理論基礎(chǔ)和實驗數(shù)據(jù)。 1.配合物[Zn(C9H7NO3)]n的晶體結(jié)構(gòu) X-射線衍射表明配合物是一個三維聚合物，屬六方晶系，R-3空間群,其不對稱結(jié)構(gòu)單元中含有一個Zn2+和一個配體L分子，其中Zn2+是五配位，和來自于三個配體L的4個O原子和一個N原子配位。在配合物的三維結(jié)構(gòu)中存在一個含有12個Zn2+和6個配體L分子的大環(huán)，其中兩個Zn2+通過配體上的氧原子連接成雙核單元，這些雙核單元通過配體連接成三維結(jié)構(gòu)。 2.配體及配合物對α-葡萄糖苷酶抑制活性評價方法的建立 將樣品與PNPG，0.1mM?L-1 PH=7.20的Tris鹽酸緩沖溶液分別混合置于試管中，加酶混勻，400nm下每分鐘測一次吸光度值，同時用不加酶的混合液作空白，由公式ρ = (A0-A1)/A0計算抑制率。應(yīng)用該方法先進行體外活性篩選，與傳統(tǒng)的新藥研究方法相比具有省時省力、縮短周期、降低成本的優(yōu)點。 3.體外降糖活性的測定 3.1配體、配合物、ZnSO4和拜唐蘋與酶相互作用對比 實驗數(shù)據(jù)表明配體L、配合物、ZnSO4均有一定的抑制α-葡萄糖苷酶的作用，且配合物對α-葡萄糖苷酶的抑制作用較配體顯著增強。 3.2 配合物濃度對抑制率的影響 測定結(jié)果表明配合物對酶的抑制率明顯依賴于配合物濃度的大小，隨著濃度的增加而增大，當(dāng)濃度達到0.2mg/ml時，抑制率達到80%以上，其半數(shù)抑制率濃度IC50為0.055mg/ml。這與文獻報道的具有降糖作用的桑葉多糖（多糖濃度為2.00mg／ml時達到對α-葡萄糖苷酶抑制率最大值，為59.87％）相比，此配合物對α-葡萄糖苷酶的抑制作用較好。 4.結(jié)論 水楊醛縮甘氨酸西佛堿與Zn2+形成的配合物[Zn(C9H7NO3)]n 是一個新穎的三維聚合物；該配合物對α-葡萄糖苷酶的抑制作用較配體明顯增強，抑制作用隨其用量的增加而增強。 本研究對天然產(chǎn)物有效成分進行目的性地結(jié)構(gòu)修飾，通過單晶衍射和體外實驗考察其構(gòu)效關(guān)系，合成和篩選新藥，此研究有望從較深的分子或原子層次揭示物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功效的關(guān)系，為合成低毒、高效的新型配合物降糖藥物提供基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研發(fā)生物利用度高、毒性小的防治糖尿病及其并發(fā)癥的新型配合物藥物。 思路：用水楊醛與甘氨酸合成具有良好生物活性的水楊醛縮甘氨酸西佛堿（L），以L為配體與金屬離子結(jié)合得到西佛堿金屬配合物，并通過X-ray單晶衍射解析結(jié)構(gòu)；采用光譜法測試配合物和配體對α-葡萄糖苷酶的抑制作用，并研究構(gòu)效關(guān)系，為研發(fā)生物利用度高、毒性小的防治糖尿病及其并發(fā)癥的新型配合物藥物奠定基礎(chǔ)。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 1.將晶體學(xué)技術(shù)應(yīng)用于新藥研究，能形象直觀地了解藥物分子內(nèi)部鍵的類型和作用模式，從原子層面上研究藥物的構(gòu)效關(guān)系，有助于藥物分子的靶向合成，對于制備高純、高效藥物具有指導(dǎo)意義。 2.對天然產(chǎn)物功能成分有目的的結(jié)構(gòu)修飾，以得到高效、低毒的新型藥物，該研究理念前沿，視角獨到，理論和實際應(yīng)用并舉，不僅可以充分發(fā)掘中藥有效成分；而且將化學(xué)、藥學(xué)和生物學(xué)有機地結(jié)合起來，對于多學(xué)科交叉滲透具有推動意義。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- （1）新型水楊醛縮甘氨酸西佛堿配合物具有顯著的α-葡萄糖苷酶抑制作用，即它有可能控制Ⅱ型糖尿病患者的餐后血糖，在降糖領(lǐng)域有應(yīng)用前景。 （2）將晶體學(xué)技術(shù)應(yīng)用于新藥研究，可以從原子層面上研究藥物的構(gòu)效關(guān)系，有助于藥物分子的靶向合成。 （3）建立了西佛堿及其金屬配合物對α-葡萄糖苷酶抑制活性的評價方法，應(yīng)用該法先進行體外活性篩選，與傳統(tǒng)的新藥研究方法相比具有省時省力、縮短周期、降低成本的優(yōu)點。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 用水楊醛與甘氨酸合成水楊醛縮甘氨酸西佛堿（L），以L為配體與金屬鹽ZnSO4反應(yīng)合成配合物[Zn(C9H7NO3)]n。對配合物進行X-ray單晶衍射表明此配合物是未見文獻報道的三維聚合物，屬六方晶系，R-3空間群，其不對稱結(jié)構(gòu)單元中含有一個Zn2+和一個配體L分子，其中Zn2+是五配位，在配合物的三維結(jié)構(gòu)中還存在著12個Zn2+和6個配體L分子連接成的大環(huán)；采用光譜法測定了配合物對α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用，研究表明配合物和配體對α-葡萄糖苷酶均有一定的抑制活性，且配合物的作用較配體顯著增強；并得出配合物抑制作用隨其用量的增加而提高，當(dāng)濃度達到0.2mg/ml時，抑制率達到80%以上，其半數(shù)抑制率濃度IC50為0.055mg/ml，抑制率遠大于常用進口降糖藥物拜唐蘋。因此，該配合物結(jié)構(gòu)新穎、對α-葡萄糖苷酶抑制活性強，在控制Ⅱ型糖尿病患者的餐后血糖，延緩或減少并發(fā)癥方面有潛在應(yīng)用價值。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1] Vanco, J.; Marek, J.; Travnicek, Z.; Racanska, E.; Muselik, J.; Svajienova, O. Synthesisi, structural characterization, antiradical and antidiabetic activities of copper(Ⅱ) and zinc(Ⅱ) Schiff base complexes derived from salicylaldehyde and beta-alanine[J]. J. Inorg. Biochem. 2008, 102(4), 595-605. [2] Kim, J.H.; Cho, H.; Ryu, S. E.; Choi, M. U., Effeets of metal ions on the activity of protein tyrosine PhosphataseVHR: Highly potent and reversible oxldativ inactivation by Cu2+ ion[J]. Arch. Biochem. Biophys. 2000，382(l)，72-80. [3] 袁彩霞 ，水楊醛西佛堿配合物的合成、表征及PTP1B抑制活性研究[J].博士學(xué)位論文，山西大學(xué)，2009年. [4] 馬慶一，時國慶，陳春濤，孫 佳，陳曉燕，桑葉中?-葡萄糖苷酶活性調(diào)節(jié)成分的研究[J]. 食品科學(xué), 2006, 27(2): 108-111.
同類課題研究水平概述
- 目前，糖尿病已成為繼心血管疾病和腫瘤之后的第三大“健康殺手”，若得不到有效的治療極易并發(fā)心腦血管疾病、腎病、視網(wǎng)膜病變等一系列并發(fā)癥，這些并發(fā)癥是造成糖尿病病人死亡的主要原因。其中Ⅱ型糖尿病患者約占糖尿病患者總數(shù)的90%。因此研究抗Ⅱ型糖尿病的藥物，對改善患者的血糖狀況，延緩或減少并發(fā)癥具有重要意義。 α-葡萄糖苷酶是飲食中碳水化合物經(jīng)消化并最終釋放出葡萄糖的關(guān)鍵酶，降低該糖苷酶的活性，可以限制多糖在消化道內(nèi)分解和吸收，α-葡萄糖苷酶抑制劑類藥物通過競爭性抑制α-葡萄糖苷酶的活性，可阻滯雙糖水解成單糖，延緩糖的吸收。這對控制Ⅱ型糖尿病患者的餐后血糖無疑是一種直接有效的方法。近年來，α-葡萄糖苷酶抑制劑藥物的研究雖然已取得較大進展，但這些藥物尚存在諸多問題，有些藥效不夠理想，而有些則有副作用，常出現(xiàn)不良反應(yīng)。 目前，金屬配合物在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究方興未艾，多種資料表明金屬配合物的生物活性比有機配體顯著增強。一些金屬如V、Cr、Cu、Zn等是人體必需的微量金屬元素，為許多酶蛋白的活性中心，在葡萄糖的代謝過程中也起著重要的作用。近年來釩、銅和鋅的化合物作為降糖藥物的研究也引起了廣大科研工作者的關(guān)注，但這些化合物存在脂溶性小，難以吸收，及對胃腸道刺激性大等缺點。時至今日，治療糖尿病的金屬配合物類藥物還未見報道。 西佛堿是由伯胺與羰基化合物縮合具有C=N結(jié)構(gòu)的一類化合物，其核心基團—亞胺基上的氮原子具有孤對電子，賦予它良好的配位性能。此外，西佛堿合成方法簡單，產(chǎn)率高，毒性低，其配合物不僅具有抗菌、抗癌、除草等生理活性，而且具有很強的脂溶性、細胞穿透性和不易產(chǎn)生耐藥性的優(yōu)點，擁有良好的醫(yī)藥價值，極大地促進了生物無機化學(xué)和生命科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。鋅作為人體一種必需的微量元素，具有一定的降糖活性。用鋅離子與脂溶性強、細胞穿透性好的西佛堿反應(yīng)合成配合物，有望得到一種更高效的新型降糖藥物。
