《Microchemical Journal》：Effects of novel C?-symmetric tetraamide ligands on deoxyribonucleic acid structure and binding behaviour studied by electrochemical, spectrophotometric and molecular docking
编辑推荐：
Murat Sunkur | Merve S??üt Elalm?? | Tar?k Aral | Abdulkadir Levent土耳其 Batman 大学，科学与文学院化学系，72070 Batman摘要通过一个直接的三步合成路线，从 N-Boc-L-苯丙氨酸合成了四种新的
Murat Sunkur | Merve S??üt Elalm?? | Tar?k Aral | Abdulkadir Levent
土耳其 Batman 大学，科学与文学院化学系，72070 Batman
摘要
通过一个直接的三步合成路线，从 N-Boc-L-苯丙氨酸合成了四种新的 C?-对称四酰胺衍生物（3a–d）。第一步中，分别与 4-苯基丁烷-1-胺、4-丁基苯胺、4-叔丁基苄胺和环己胺进行酰胺化反应，得到中间体 1a–d，产率分别为 93%、93%、89% 和 90%。随后使用三氟乙酸去除 Boc 保护基团，得到胺类化合物 2a–d，产率分别为 91%、95%、94% 和 85%。最后使用二甘醇yl 氯化物进行酰基化反应，得到四酰胺 3a–d，产率分别为 79%、74%、78% 和 81%。通过差分脉冲伏安法（DPV）、紫外-可见光谱法和分子对接技术研究了这些化合物与 DNA 的相互作用。DPV 测量结果显示鸟嘌呤氧化信号降低，表明形成了 DNA-配体复合物。信号抑制程度分别为 3a 33.32%、3b 36.13%、3c 30.42% 和 3d 28.14%。DPV 测得的结合自由能分别为 ?8.01、?7.85、?7.04 和 ?6.93 kcal mol?1。紫外-可见光谱滴定得到的 ΔG 值分别为 ?8.08、?8.12、?7.48 和 ?6.74 kcal mol?1，证实了这些化合物与 DNA 的自发相互作用。分子对接预测的结合能分别为 ?7.1、?8.5、?6.6 和 ?6.2 kcal mol?1，并表明它们通过 DNA 双螺旋的沟槽部位结合。相关性分析显示实验结果（R2 = 0.83）与分子对接结果（R2 = 0.55–0.64）一致。化合物 3a–3d 的平均结合自由能（ΔG ± SD）分别为 ?7.73、?8.16、?7.04 和 ?6.62 kcal mol?1。单因素方差分析（ONE-WAY ANOVA）确认各方法之间存在显著差异（p < 0.05），同时支持相互作用参数的一致性。结果表明，这些 C?-对称四酰胺能够与 DNA 自发相互作用，其中化合物 3b 在所有方法中的亲和力最强，显示出其在 DNA 靶向识别和生物传感应用中的潜力。
引言
长期以来，人们一直研究 DNA 与小分子之间的相互作用，因为这种结合会导致核酸的物理化学性质发生可测量的变化。电化学 DNA 生物传感器研究表明，DNA 结合配体可以以可重复的方式改变鸟嘌呤的氧化信号，从而提供了一种监测 DNA-配体复合物形成的实用方法 [1]、[2]。光谱和电化学研究进一步表明，具有不同结构特征的配体会产生不同的响应模式，从而比较它们的结合强度和方式 [2]、[3]。
已有许多类型的配体被报道可以与 DNA 相互作用。过渡金属配合物结合了 DNA 的亲和力和氧化还原或细胞毒性特性，将结合行为与生物效应联系起来 [4]、[5]。有机系统，包括席夫碱、腙衍生物和生物碱类化合物，通过光谱和分子建模方法进行了研究，通常表明它们通过 DNA 双螺旋的沟槽部位结合 [6]、[7]。将 DNA 结合测量与细胞摄取和细胞毒性测定相结合的研究进一步表明，结构变化可以显著影响 DNA 的亲和力和生物活性 [8]、[9]、[10]、[11]、[12]。
小分子与 DNA 的相互作用长期以来备受关注，因为 DNA 是许多治疗性药物的主要细胞内靶点，尤其是在抗癌研究领域 [11]、[13]、[14]。小分子结合后可能会改变双螺旋的结构和电子环境，从而影响复制和转录。这类相互作用通常通过紫外-可见光谱和荧光光谱进行研究，常结合分子对接技术，一般分为插入型、沟槽结合型或静电结合型 [15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]
酰胺类和聚酰胺类化合物是研究最多的 DNA 结合配体之一。光谱和电化学研究表明，许多双酰胺和聚酰胺衍生物可以与 DNA 有效结合，通常会导致吸收、荧光和核碱基氧化信号的可测量变化 [21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。这些研究还表明，即使酰胺结构发生微小变化也会影响结合强度和结合方式 [29]。在这方面，含有柔性二甘醇yl 连接剂的 C?-对称多酰胺系统相对较少被探索 [30]。这特别值得关注，因为含有酰胺的框架非常适合分子识别：酰胺基团提供了平面氢键结合单元，而双酰胺和多酰胺结构可以促进协同的非共价相互作用 [31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]。其中，四酰胺结构尤其具有吸引力，因为它们可以在单个框架内提供多个空间有序的结合位点。此外，尤其是由氨基酸或相关构建块衍生的二足型和 C?-对称四酰胺，可能提供预先组织的几何结构，支持选择性识别和超分子组装 [37]、[38]、[39]、[40]。基于酰胺的桥接配体在配位化学中也得到了广泛应用，突显了这些框架的结构多样性 [41]。在这一类化合物中，二甘醇yl 衍生的酰胺具有灵活的 2,2′-氧二乙酰骨架和多齿结合能力 [42]。这些化合物可以通过在简单条件下用二甘醇yl 氯化物与适当胺类进行酰胺化轻松获得 [43]、[44]。两个羰基和一个醚氧的组合赋予了它们优良的氢键和配位性能，使得它们在金属离子结合和选择性提取中得到广泛应用，特别是对于镧系和锕系离子 [43]、[45]。最近，二甘醇yl 单元也被引入到多酰胺框架中，以创建与传感和生物相互作用相关的预先组织的结合位点 [46]。同时，许多基于酰胺和聚酰胺的系统也被证明可以与 DNA 有效结合，结构-活性研究表明，即使酰胺结构发生微小变化也会影响 DNA 的亲和力和结合方式 [21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[29]、[47]。然而，通过电化学、光谱和计算方法联合研究的明确定义的 C?-对称二甘醇yl 连接多酰胺系统仍然相对有限。
在本研究中，使用易于获得的 N-保护型 L-苯丙氨酸和二甘醇yl 二氯化物作为起始材料，设计并合成了 C?-对称肽模拟四酰胺配体。合成策略依赖于一个简洁且高产的步骤序列，包括酰胺偶联、脱保护以及二甘醇yl 氯化物介导的组装，从而以极低的纯化要求获得目标四酰胺化合物。所得的四酰胺结构结合了刚性的二甘醇yl 衍生核心和基于氨基酸的侧链，为有效的分子识别提供了平衡的框架。这些配体与 DNA 的相互作用通过电化学技术进行了系统研究，特别是电位法和伏安法，直接监测了 DNA-配体复合物的形成。补充的光谱实验用于验证电化学结果，确保方法的一致性。此外，还进行了分子对接研究，以在分子水平上解释实验观察结果，并阐明主导的结合模式。这些结果共同表明，基于苯丙氨酸的草酰基四酰胺结构构成了稳定且有效的 DNA 结合系统，凸显了它们在生物分子识别和生物医学应用中的潜力。
章节片段
试剂和设备
本研究中使用的所有化学品均为商业级，由 Sigma-Aldrich 或 Merck 提供。使用前无需进一步纯化。鱼精脱氧核糖核酸（DNA）购自 Sigma-Aldrich（目录编号 74,782）。元素分析使用 Thermo Scientific Flash 2000 元素分析仪进行。1H 和 13C NMR 光谱在 Bruker High-Performance Digital FT-NMR 光谱仪上以 600 MHz 的频率记录。FTIR 光谱也
合成
图 1 中概述的合成策略表明，可以从 L-苯丙氨酸这一简单且手性的构建块出发，通过三个步骤成功获得四种仅在其 N-位点含有不同取代基的 C2-对称四酰胺衍生物。第一步中，使用 DCC/HOBt 激活 L-苯丙氨酸的羧基，然后与四种不同的胺类进行酰胺化反应，得到中间体 1a–1d，产率很高。特别是化合物 1a 和 1b 被成功合成
结论
本研究通过对一系列新设计和高效合成的 C?-对称四酰胺配体与脱氧核糖核酸的相互作用进行了全面的评估，使用了互补的电化学、光谱和计算方法。这些四酰胺衍生物通过简洁实用的合成路线获得了稳定的高产率，为 DNA 识别提供了结构明确的平台。差分脉冲
CRediT 作者贡献声明
Murat Sunkur：研究、资金获取、数据管理。Merve S??üt Elalm??：方法学、研究、数据管理。Tar?k Aral：写作–审稿与编辑、写作–初稿、方法学、研究、数据分析、概念化。Abdulkadir Levent：方法学、研究、数据分析、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
Batman 大学（BATüBAP）的科学研究项目协调部门 的支持（项目编号：BTüBAP 2023 FED-01）。作者对此财务支持表示感谢。
