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研究生： 魏世凱
Wei-Shi Kai
論文名稱： 樟腦磺酸金屬錯合物與DNA結合機轉之探討
The Study of camphor sulfonic acid derivatives metal complex selective binding affinity to DNA
指導教授： 黃文彰
Huang, Wen-Chang
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2003
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 94
中文關鍵詞： DNA 、金屬錯合物 、樟腦磺酸
英文關鍵詞： DNA, metal complex, camphor sulfonic acid
論文種類： 學術論文
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    • 經由一維1H NMR光譜實驗得知，樟腦磺酸衍生物與金屬銅離子間有互相結合的性質，當其結合後為使一維NMR光譜有兩種不同的現象，為圖譜變寬及化學位移。樟腦磺酸衍生物與金屬銅離子的錯合物與銅離子結合的大多有不同程度的圖譜變寬，而與鋅離子結合則多有化學位移現象，唯有Cpd3-Zn含有兩種不同現象。
    樟腦磺酸衍生物與金屬離子皆有結合的能力，差別只在於結合的強度的不同。
    然後我們以洋菜膠凝電泳實驗，來探討樟腦磺酸衍生物對金屬離子的抑制力及其切割DNA的能力與選擇性，在單純只有金屬離子時其實就會對電泳實驗中的φX 174 DNA 有切割的效應，銅離子在Lane 3 (4μM) 即可將φX 174 DNA切割成碎片，而鋅離子Lane 2 (2μM) 時Form I即完全消失。然而在只有純樟腦磺酸衍生物時，以相同的條件進行電泳實驗，即使到了濃Lane 8 (60μM)也沒有明顯切割φX 174 DNA的反應。
    所以以我們可以看出Cpd1及Cpd2與鋅離子的有較大的結合能力。而與銅離子間有較小結合度，而Cpd1與銅離子結合後，對切割φX 174 DNA較有選擇性。Cpd3則與銅離有高度的結合能力，在與鋅離子方面則只有很小的結合度。
    而最後以CD光譜實驗來進行金屬樟腦磺酸衍生物與不同序列長度的DNA反應，而這些DNA序列中的部份如 -CCGG-、-CATG-、-AAATTT-，皆可在φX 174 DNA中含找到。當以純金屬及純化物進行CD光譜實驗可發現純金屬都沒有吸收，而樟腦磺酸衍生物因其構形上的差異所以會有不同程度的CD光譜吸收。
    從CD光譜我們可以發現與銅離子結合的樟腦磺酸衍生物的CD光譜訊號較與鋅離子結合還強，而Cpd1-Cu、Cpd2-Cu與不同長度及序列的DNA會有不同比例的結合，其中Cpd1-Cu則較無選擇性，對不同長度及序列的DNA幾乎都是相同的結合比，當以Cpd2-Cu滴定DNA則較有選擇性。Cpd3-Cu則無較明顯的結合性。而Cpd1-Zn、Cpd2-Zn與DNA之間並無觀察到有結合的可能性，Cpd3-Zn與DNA之間也沒有明顯的結合變化。

    This study utilize the cleavage activity of phage φX174 as the model DNA system to investigate the selectivity and affinity for a series camphor sulfonic acid derivatives [Cpd1: (C20H28N2O4), Cpd2: (C26H38N2O4), and Cpd3: (C27H26N4O4)] when complex with various metal ion. The cleavage activity is as follow: Zn2+ > Cu2+ >> Mn2+ ~ V4+ when complex with above series of camphor sulfonic acid derivatives as reveled from agarose electrophoresis experiment.
    Whereas the chemical shifting experiment in 1D 1H NMR (One-dimensional 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy) show the all metal and camphor sulfonic acid derivatives would bind together.
    Whereas for the randomized sequence oligonucleotide, the AT-rich DNA sequence give better selectivity as forming stable 1:1 ratio complex such as: [d(CGAAATTTGCG)]2 > [d(CAGCTTG)]2 > [d(CCGG)]2 when investigated with CD (Circular dichroism) experiment.

    目錄 I 圖表目錄 V 中文摘要 1 Abstract 3 第一章、 緒論 1.1樟腦磺酸(camphosulfonate)及其衍生物 4 1.2 DeoxyriboNucleic Acid的性質與結構 4 1.3 動機 6 第二章、 洋菜凝膠電泳分析原理 2.1 前言 13 2.2 DNA分子量的大小 13 2.3 Agarose gel的濃度 14 2.4泳動速度 16 2.4.1影響電泳速度的內部因素 16 2.4.2 影響電泳速度的外界因素 16 第三章、 CD(Circular Dichroism)光譜基本原理 第四章、 實驗方法及步驟 4.1樣品製備(Sample preparation) 31 4.2 樣品準備 32 4.2.1 DNA去除保護基（deprotection） 33 4.2.2 純化（purification）及去鹽（desalting） 34 4.3洋菜凝膠電泳實驗 ( Agarose Gel Electrophoresis ) 34 4.4 CD光譜實驗 38 4.5 NMR實驗樣品之製備 38 4.5.1純DNA 39 4.5.2退火（Annealing） 39 4.5.3 Cpd1、Cpd2、Cpd3及金屬錯合物的配製 39 4.6 NMR實驗數據 39 4.7 1D NMR 40 4.8 CD數據處理 41 4.9 電泳圖數據化 42 第五章、 實驗結果與討論 5.1前言 43 5.2一維光譜實驗 44 5.3 洋菜凝膠電泳實驗 44 5.3.1 純金屬銅、鋅二價離子與φX 174 DNA的反應 44 5.3.2 純化合物Cpd1、Cpd2、Cpd3與φX 174 DNA的反應 46 5.3.3 金屬錯合物Cpd1-Cu、Cpd1-Zn與φX 174 DNA的反應 46 5.3.4 金屬錯合物Cpd2-Cu、Cpd2-Zn與φX 174 DNA的反應 48 5.3.5 金屬錯合物Cpd3-Cu、Cpd3-Zn與φX 174 DNA的反應 49 5.3.6金屬錯合物Cpd2-Mn、Cpd2-V與φX 174 DNA的反應 50 5.4 CD光譜實驗 50 5.4.1 純化合物與形成金屬錯合物之CD光譜實驗 51 5.4.2金屬錯合物與不同序列DNA反應之探討 52 5.4.2.1 不同金屬錯合物與雙股DNA[d(CCGG)]2反應比例之CD光譜實驗 52 5.4.2.2 不同金屬錯合物與雙股DNA[d(CGCATGCG)]2反應比例之CD光譜實驗 53 5.4.2.3 不同金屬錯合物與雙股DNA[d(CGCAAATTTGCG)]2反應比例之CD光譜實驗 54 第六章、 結論 89 參考文獻 94 圖表目錄 圖1.1樟腦磺酸衍生物分別為Cpd1( a )、Cpd2( b )、Cpd3( c ) 07 圖1.2 ( a ) 去氧核苷酸基本架構 08 圖1.2 ( b ) 去氧核醣核酸中所含四種鹼基( A)、( T )、( C )、( G ) 08 圖1.3 去氧核醣的折疊（puckered conformation） 09 圖1.4一般DNA的架構 10 圖 1.5 Watson-Crick base pairing形式 11 圖 1.6 DNA三種不同構形 12 圖 2.1 形成洋菜凝膠( Agarose gel )的兩個單體分子 18 圖 2.2 電泳演進方式 19 圖 2.3 洋菜凝膠濃度與可分離DNA大小範圍 20 圖 2.4 三種不同構形的質體DNA 21 圖 2.5 環境pH值與等蛋白質電點pI之關系 22 圖3.1、 CD光譜基本結構 26 圖3.2 左旋及右旋圓偏極光向量圖 27 圖3.3 CD光譜偵測的物質需為非鏡像重疊 28 圖 3. 4 A、B、Z form 雙股DNACD光譜 29 圖3.5 poly-Ala-Gly，以及α-螺旋構形和β-sheet構形之CD光譜 30 圖 5.1金屬錯合物Cpd1-Zn，溶在0.4ml MeOD，400 NMR 57 圖5.2 Cpd2-Zn，溶在0.4ml 99.96%D2O，400 NMR 58 圖5.3 Cpd3-Zn，溶在0.4ml MeOD，400 NMR 59 圖5.4 (a)、(b) 純銅金屬Cu (II)電泳實驗 60 圖5.5 (a)、(b) 純鋅金屬Zn(II)電泳實驗 61 圖5.6 (a)、(b) 化合物Cpd1電泳實驗 62 圖5.7 (a)、(b) 化合物Cpd2電泳實驗 63 圖5.8 (a)、(b) 化合物Cpd3電泳實驗 64 圖5.9 (a)、(b) Cpd1-Cu電泳實驗 65 圖5.10 (a)、(b) Cpd1-Zn電泳實驗 66 圖5.11 (a)、(b) Cpd2-Cu電泳實驗 67 圖5.12 (a)、(b) Cpd2-Zn電泳實驗 68 圖5.13 (a)、(b) Cpd3-Cu電泳實驗 69 圖5.14 (a)、(b) Cpd3-Zn電泳實驗 70 圖5.15 (a)、(b) Cpd2-Mn電泳實驗 71 圖5.16 (a)、(b) Cpd2-V電泳實驗 72 圖5.17純Cu(II)、Zn(II)離子CD光譜實驗 73 圖5.18 (a) 化合物 (Cpd1) 與Cu、Zn錯合物CD光譜實驗 73 圖5.18 (b) Cpd1錯合物錯合物減去純化合物及純金屬CD光譜 74 圖5.19 (a) 化合物 (Cpd2) 及與Cu、Zn錯合物CD光譜實驗 74 圖5.19 (b) Cpd2錯合物錯合物減去純化合物及純金屬CD光譜 75 圖5.20 (a) 化合物(Cpd3)及與Cu、Zn錯合物CD光譜實驗 75 圖5.20 (b) Cpd3錯合物錯合物減去純化合物及純金屬CD光譜 76 圖 5.21 (a) Cpd1-Cu滴定 [d(CCGG)]2CD光譜實驗 77 圖 5.21 (b) Cpd1-Cu滴定 [d(CCGG)]2取285nm吸收做圖 77 圖5.22 Cpd1-Cu滴定 [d(CCGG)]2CD光譜實驗 78 圖5.23 (a) Cpd2-Cu滴定 [d(CCGG)]2CD光譜實驗 78 圖 5.23 (b) Cpd2-Cu滴定 [d(CCGG)]2取285nm吸收做圖 79 圖5.24 Cpd2-Zn滴定 [d(CCGG)]2CD光譜實驗 79 圖5.25 Cpd3-Cu滴定 [d(CCGG)]2CD光譜實驗 80 圖5.26 Cpd3-Zn滴定 [d(CCGG)]2CD光譜實驗 80 圖5.27 (a) Cpd1-Cu滴定 [d(CGCATGCG)]2CD光譜實驗 81 圖 5.27 (b) Cpd1-Cu滴定 [d(CGCATGCG)]2取285nm吸收做圖 81 圖5.28 Cpd1-Zn滴定 [d(CGCATGCG)]2CD光譜實驗 82 圖5.29 (a) Cpd2-Cu滴定 [d(CGCATGCG)]2 CD光譜實驗 82 圖 5.29 (b) Cpd2-Cu滴定 [d(CGCATGCG)]2取285nm吸收做圖 83 圖5.30 Cpd2-Zn滴定 [d(CGCATGCG)]2 CD光譜實驗 83 圖5.31 Cpd3-Cu滴定 [d(CGCATGCG)]2 CD光譜實驗 84 圖5.32 Cpd3-Zn滴定 [d(CGCATGCG)]2 CD光譜實驗 84 圖5.33 (a) Cpd1-Cu滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2CD光譜實驗 85 圖 5.33 (b) Cpd2-Cu滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2取285nm吸 收做圖 85 圖5.34 Cpd1-Zn滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2CD光譜實驗 86 圖5.35 (a) Cpd2-Cu滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2CD光譜實驗 86 圖 5.35 (b) Cpd2-Cu滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2取285nm吸 收做圖 87 圖5.36 Cpd2-Zn滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2CD光譜實驗 87 圖5.37 Cpd3-Cu滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2CD光譜實驗 88 圖5.38 Cpd3-Zn滴定 [d(CGCAAATTTGCG)]2CD光譜實驗 88

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