钌配合物对DNA的光损伤途径示意图
DNA光断裂试剂在研究DNA 的复杂结构、DNA 与蛋白质的相互作用及活性天然产物对DNA 影响方面已经发挥了重要的作用. 它们断裂DNA的原理是: 被适当波长的光激发后跃迁到激发单重态, 再经由系间窜越至激发三重态. 凭借较常的寿命, 处于激发三重态的光断裂试剂既可以通过与DNA的直接相互作用(电子转移、抽氢作用等)对DNA造成损伤, 也可以与氧分子通过能量传递产生单重态氧, 进而借助于单重态氧对DNA造成损伤. 在众多DNA光断裂试剂中, 钌(II)多吡啶配合物是非常重要的一类. 它们在可见光区有宽的吸收, 并具有丰富的光物理、光化学和电化学性质, 并可通过特殊结构的配体与DNA发生强的结合作用(如嵌插结合). 然而,目前作为光断裂试剂的钌(II)多吡啶配合物均为二齿配体配合物, 如典型的Ru(phen)32＋ 和Ru(phen)2(dppz)2＋(phen＝phenanthroline, dppz＝dipyrido[3,2-a:2',3'-c]phenazine), 这主要是由于它们的金属-配体电荷转移三重激发态(3MLCT态)具有较长的寿命(微秒尺度), 有充分的时间产生单重态氧或与DNA直接作用. 相比之下, 虽然有许多钌(II)三联吡啶配合物与DNA有较强的结合能力, 但却无法作为光断裂试剂加以应用. 原因在于钌(II)三联吡啶配合物的3MLCT 态寿命极短, 例如Ru(tpy) 22＋的寿命仅为0.25 ns, (tpy＝2,2':6',2"-terpyridine), 短寿命的3MLCT 态严重限制了钌(II)三联吡啶配合物与DNA或氧分子的相互作用.
中国科学院理化技术研究所王雪松等人设计合成了三个钌(II)三联吡啶配合物[Ru(ttp)(tpy)]2＋ (1), [Ru(ttp-COOH)(tpy)]2＋(2)和[Ru(ttp-COOH)(tpy-pyr)]2＋ (3), 其中tpy 为2,2':6',2"-三联吡啶, ttp 为4′-(4-甲苯基)-2,2':6',2"-三联吡啶, ttp-COOH 为4′-(4-羧基苯基)-2,2':6',2"-三联吡啶, tpy-pyr 为4'-(1-芘基)-2,2':6',2"-三联吡啶. 比较了TiO2纳米颗粒对它们光损伤小牛胸腺DNA的影响. 发现TiO2纳米颗粒在空气和氩气条件下均可显著提高配合物3光损伤DNA 的能力. TiO2纳米颗粒和配合物3间的光诱导电子转移作用及其该作用生成的钌(III)物种可能是促进配合物3对DNA光损伤的主要原因.