基本信息
- 项目名称：
- 水杨醛缩甘氨酸西佛碱配合物的合成及生物活性
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目以水杨醛和甘氨酸为原料，首先合成了水杨醛缩甘氨酸西佛碱，再以之为配体与锌离子反应制备配合物；采用X-ray单晶衍射解析结构，研究分子的成键类型及作用模式；通过光谱法评价配合物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用；结果表明目标分子为未见文献报道的新配合物，且性能结合了西佛碱和锌离子的优点，对α-葡萄糖苷酶的抑制作用较配体显著增强，抑制率远大于进口降糖药物拜唐苹,在治疗糖尿病及其并发症方面极具应用前景。
- 详细介绍：
- 糖尿病是一种常见的代谢性疾病，餐后高血糖是糖尿病及其并发症的直接诱因。α-葡萄糖苷酶是饮食中碳水化合物经消化并最终释放出葡萄糖的关键酶，降低该糖苷酶的活性，可阻滞双糖水解成单糖延缓糖的吸收，降低餐后血糖水平。西佛碱是由伯胺与羰基化合物缩合具有C=N结构的一类化合物，具有良好的配位性能，易竞争性的占据酶与碳水化合物的络合位点。锌作为人体一种必需的微量元素，具有一定的降糖活性。用Zn2+与脂溶性强、细胞穿透性好的西佛碱反应合成配合物，有望得到一种更有疗效的新型降糖药物。 基于以上思路，我们合成了水杨醛缩甘氨酸西佛碱配体及其锌的金属配合物，通过X-射线衍射测定了该配合物的晶体结构，通过光度法系统研究了它们对α-葡萄糖苷酶的抑制作用；该研究可为研发新型α-葡萄糖苷酶抑制剂类降糖药物提供理论基础和实验数据。 1.配合物[Zn(C9H7NO3)]n的晶体结构 X-射线衍射表明配合物是一个三维聚合物，属六方晶系，R-3空间群,其不对称结构单元中含有一个Zn2+和一个配体L分子，其中Zn2+是五配位，和来自于三个配体L的4个O原子和一个N原子配位。在配合物的三维结构中存在一个含有12个Zn2+和6个配体L分子的大环，其中两个Zn2+通过配体上的氧原子连接成双核单元，这些双核单元通过配体连接成三维结构。 2.配体及配合物对α-葡萄糖苷酶抑制活性评价方法的建立 将样品与PNPG，0.1mML-1 PH=7.20的Tris盐酸缓冲溶液分别混合置于试管中，加酶混匀，400nm下每分钟测一次吸光度值，同时用不加酶的混合液作空白，由公式ρ = (A0-A1)/A0计算抑制率。应用该方法先进行体外活性筛选，与传统的新药研究方法相比具有省时省力、缩短周期、降低成本的优点。 3.体外降糖活性的测定 3.1配体、配合物、ZnSO4和拜唐苹与酶相互作用对比 实验数据表明配体L、配合物、ZnSO4均有一定的抑制α-葡萄糖苷酶的作用，且配合物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用较配体显著增强。 3.2 配合物浓度对抑制率的影响 测定结果表明配合物对酶的抑制率明显依赖于配合物浓度的大小，随着浓度的增加而增大，当浓度达到0.2mg/ml时，抑制率达到80%以上，其半数抑制率浓度IC50为0.055mg/ml。这与文献报道的具有降糖作用的桑叶多糖（多糖浓度为2.00mg／ml时达到对α-葡萄糖苷酶抑制率最大值，为59.87％）相比，此配合物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用较好。 4.结论 水杨醛缩甘氨酸西佛碱与Zn2+形成的配合物[Zn(C9H7NO3)]n 是一个新颖的三维聚合物；该配合物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用较配体明显增强，抑制作用随其用量的增加而增强。 本研究对天然产物有效成分进行目的性地结构修饰，通过单晶衍射和体外实验考察其构效关系，合成和筛选新药，此研究有望从较深的分子或原子层次揭示物质结构与功效的关系，为合成低毒、高效的新型配合物降糖药物提供基础实验数据。
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撰写目的和基本思路
- 目的：研发生物利用度高、毒性小的防治糖尿病及其并发症的新型配合物药物。 思路：用水杨醛与甘氨酸合成具有良好生物活性的水杨醛缩甘氨酸西佛碱（L），以L为配体与金属离子结合得到西佛碱金属配合物，并通过X-ray单晶衍射解析结构；采用光谱法测试配合物和配体对α-葡萄糖苷酶的抑制作用，并研究构效关系，为研发生物利用度高、毒性小的防治糖尿病及其并发症的新型配合物药物奠定基础。
科学性、先进性及独特之处
- 1.将晶体学技术应用于新药研究，能形象直观地了解药物分子内部键的类型和作用模式，从原子层面上研究药物的构效关系，有助于药物分子的靶向合成，对于制备高纯、高效药物具有指导意义。 2.对天然产物功能成分有目的的结构修饰，以得到高效、低毒的新型药物，该研究理念前沿，视角独到，理论和实际应用并举，不仅可以充分发掘中药有效成分；而且将化学、药学和生物学有机地结合起来，对于多学科交叉渗透具有推动意义。
应用价值和现实意义
- （1）新型水杨醛缩甘氨酸西佛碱配合物具有显著的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，在降糖领域有应用前景。 （2）将晶体学技术应用于新药研究，可以从原子层面上研究药物的构效关系，有助于药物分子的靶向合成。 （3）建立了西佛碱及其金属配合物对α-葡萄糖苷酶抑制活性的评价方法，应用该法先进行体外活性筛选，与传统的新药研究方法相比具有省时省力、缩短周期、降低成本的优点。
学术论文摘要
- 用水杨醛与甘氨酸合成水杨醛缩甘氨酸西佛碱（L），以L为配体与金属盐ZnSO4反应合成配合物[Zn(C9H7NO3)]n。对配合物进行X-ray单晶衍射表明此配合物是未见文献报道的三维聚合物，属六方晶系，R-3空间群，其不对称结构单元中含有一个Zn2+和一个配体L分子，其中Zn2+是五配位，在配合物的三维结构中还存在着12个Zn2+和6个配体L分子连接成的大环；采用光谱法测定了配合物对α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用，研究表明配合物和配体对α-葡萄糖苷酶均有一定的抑制活性，且配合物的作用较配体显著增强；并得出配合物抑制作用随其用量的增加而提高，当浓度达到0.2mg/ml时，抑制率达到80%以上，其半数抑制率浓度IC50为0.055mg/ml，抑制率远大于常用进口降糖药物拜唐苹。因此，该配合物结构新颖、对α-葡萄糖苷酶抑制活性强，在控制Ⅱ型糖尿病患者的餐后血糖，延缓或减少并发症方面有潜在应用价值。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [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 ，水杨醛西佛碱配合物的合成、表征及PTP1B抑制活性研究[J].博士学位论文，山西大学，2009年. [4] 马庆一，时国庆，陈春涛，孙 佳，陈晓燕，桑叶中-葡萄糖苷酶活性调节成分的研究[J]. 食品科学, 2006, 27(2): 108-111.
同类课题研究水平概述
- 目前，糖尿病已成为继心血管疾病和肿瘤之后的第三大“健康杀手”，若得不到有效的治疗极易并发心脑血管疾病、肾病、视网膜病变等一系列并发症，这些并发症是造成糖尿病病人死亡的主要原因。其中Ⅱ型糖尿病患者约占糖尿病患者总数的90%。因此研究抗Ⅱ型糖尿病的药物，对改善患者的血糖状况，延缓或减少并发症具有重要意义。 α-葡萄糖苷酶是饮食中碳水化合物经消化并最终释放出葡萄糖的关键酶，降低该糖苷酶的活性，可以限制多糖在消化道内分解和吸收，α-葡萄糖苷酶抑制剂类药物通过竞争性抑制α-葡萄糖苷酶的活性，可阻滞双糖水解成单糖，延缓糖的吸收。这对控制Ⅱ型糖尿病患者的餐后血糖无疑是一种直接有效的方法。近年来，α-葡萄糖苷酶抑制剂药物的研究虽然已取得较大进展，但这些药物尚存在诸多问题，有些药效不够理想，而有些则有副作用，常出现不良反应。 目前，金属配合物在生物医药领域的研究方兴未艾，多种资料表明金属配合物的生物活性比有机配体显著增强。一些金属如V、Cr、Cu、Zn等是人体必需的微量金属元素，为许多酶蛋白的活性中心，在葡萄糖的代谢过程中也起着重要的作用。近年来钒、铜和锌的化合物作为降糖药物的研究也引起了广大科研工作者的关注，但这些化合物存在脂溶性小，难以吸收，及对胃肠道刺激性大等缺点。时至今日，治疗糖尿病的金属配合物类药物还未见报道。 西佛碱是由伯胺与羰基化合物缩合具有C=N结构的一类化合物，其核心基团—亚胺基上的氮原子具有孤对电子，赋予它良好的配位性能。此外，西佛碱合成方法简单，产率高，毒性低，其配合物不仅具有抗菌、抗癌、除草等生理活性，而且具有很强的脂溶性、细胞穿透性和不易产生耐药性的优点，拥有良好的医药价值，极大地促进了生物无机化学和生命科学等相关学科的发展。锌作为人体一种必需的微量元素，具有一定的降糖活性。用锌离子与脂溶性强、细胞穿透性好的西佛碱反应合成配合物，有望得到一种更高效的新型降糖药物。
