SUPERVISOR
Hossein Farrokhpour,Amir Abdolmaleki,Hassan Hadadzadeh
حسین فرخ پور (استاد مشاور) امیر عبد الملکی (استاد راهنما) حسن حداد زاده (استاد راهنما)
STUDENT
Roya sadat Esteghamat panah
رویاالسادات استقامت پناه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
TITLE
Synthesis of Rh(III) and Ru(II) complexes with polypyridyl and meloxicam ligands; Experimental and theoretical study of their interaction with DNA and BSA; their cytotoxicity against different cancer cell lines
In the first research, a ruthenium(II) complex with mono-anionic Hmel – ligand, trans -[Ru(Hmel) 2 (DMSO) 2 ], was synthesized and characterized. The DNA- and BSA-binding properties of the mono-anionic meloxicam (Hmel – ) ligand and its Ru(II) complex were investigated under physiological conditions. The interaction of the Hmel – ligand and the Ru(II) complex with fish sperm DNA were explored through UV–Vis spectroscopy, emission titration, and viscosity measurement. The results reveal that the mono-anionic Hmel – ligand binds to DNA through intercalation, while the complex interacts with DNA through electrostatic or/and groove binding modes. The complex has stronger tendency to bind with DNA than the free Hmel – ligand. In addition, the binding of them to bovine serum albumin (BSA) was monitored by UV–Vis and fluorescence emission spectroscopy. By the interaction of the BSA with the Hmel – ligand and the Ru(II) complex, the microenvironment of the three aromatic acid residues is altered and the ? -helix of protein is perturb. The in vitro cytotoxicity tests of Hmel – and trans -[Ru(Hmel) 2 (DMSO) 2 ] against the various cancer cell lines demonstrate that the Ru(II) complex has more anticancer activity than the Hmel – ligand. Furthermore, the binding of both compounds to DNA and BSA was modeled by molecular docking method. In the second research, the cyclometallated Rh(III) complex, [Rh(phpy- ? 2 N,C 2' ) 2 (dafone)] + (phpy- ? 2 N,C 2' = pyridine-2-yl-2-phenyl and dafone = 4,5-diazafluoren-9-one), was synthesized and characterized by elemental analysis, spectroscopic methods and single crystal X-ray structure analysis. The interaction of the cyclometallated Rh(III) complex with FS-DNA and BSA was investigated. The results indicate that the Rh(III) complex can bind to DNA through groove binding along with minor intercalative binding. To have a more accurate estimation for the interaction of the Rh(III) complex with DNA, two different ONIOM schemes, two-layer (QM/QM) and three-layer (QM/QM/MM), were employed for the calculations in the gas phase and water, respectively. It can be seen that the deformation of the complex structure in the water medium is considerably lower than that in the gas phase. The three-layer ONIOM method (QM/QM/MM) was employed to calculate the interaction energies between DNA and the complex in the gas phase and water. It is seen that the presence of the water molecules decreases the interaction of the complex with DNA compared to the gas phase. In the third research, a new mononuclear rhodium(III) complex, [Rh(bzimpy)Cl 3 ] (bzimpy = 2,6-bis(2-benzimidazolyl)pyridine), was synthesized and characterized. The molecular structure of the complex was confirmed by single-crystal X-ray crystallography. The interaction of the complex with fish sperm DNA (FS-DNA) was investigated by spectroscopic methods and viscosity measurement. The results reveal that the Rh(III) complex interacts with DNA through groove binding mode. In addition, the binding of the Rh(III) complex to bovine serum albumin (BSA) was monitored by UV–Vis and fluorescence emission spectroscopy at different temperatures. The thermodynamic parameters ( ?H 0 , ?S 0 , and ?G 0 ) obtained from the fluorescence spectroscopy data show that van der Waals interactions and hydrogen bonds play a major role in the binding of the Rh(III) complex to BSA. Competitive site marker experiments indicate that the complex is mainly located in the site I of the protein.
در این رساله، ابتدا کمپلکس روتنیوم(II) با لیگاند منوآنیونی ملوکسیکام، trans -[Ru(Hmel) 2 (DMSO) 2 ]، سنتز و شناسایی شد. در ادامه، برهمکنش لیگاند منوآنیونی ملوکسیکام و کمپلکس روتنیوم(II) با FS-DNA و BSA در شرایط فیزیولوژی بررسی شد. نتایج به دست آمده از برهمکنش این ترکیب ها با FS-DNA، با استفاده از روش های مختــلف طیف سنجی (الکترونی و فلوئورسانس) و ویسکومتری، نشان دادند که لیگاند منوآنیونی ملوکسیکام از طریق اینترکیلیشن و کمپلکس روتنیوم(II) از طریق الکتروستاتیک و/ یا شیاری با FS-DNA برهمکنش دارند. هم چنین، کمپلکس روتنیوم(II) نسبت به لیگاند Hmel – تمایل بیشتری برای پیوند با DNA دارد. افزون بر این، بررسی برهمکنش این ترکیب ها با BSA، با استفاده از روش های طیف سنجی الکترونی و فلوئورسانس، آشفتگی در ساختار مارپیچ ?- و تغییر در قطبیت ریز محیط های اطراف آمینواسیدهای BSA را نشان داد. بررسی اثر سمیت سلولی آن ها بر روی رده های مختلفی از سلـول های سرطانی نشان داد که کمپلکس روتنیـوم(II) نسبت به لیگاند Hmel – ، فعـالیت ضدسرطانی بیشتـری دارد. بررسی های داکینگ مولکولی برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر از برهمکنش این ترکیب ها با DNA و BSA نیز انجام شد. سپس، یک کمپلکس آلی فلزی سیکلومتال از رودیوم(III) با لیگاندهای 2-فنیل پیریدین و 4،5-دی آزافلوئورن-9-اون،[Rh(phpy-? 2 N,C 2? ) 2 (dafone)]PF 6 ، سنتز و با روش های مختلف طیف سنجی، تجزیه عنصری و بلورنگاری اشعه ایکس شناسایی شد. برهمکنش این کمپلکس با FS-DNA و BSA مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که کمپلکس سیکلو متال رودیوم(III) از طریق شیاری و تا حدی اینترکیلیشن با FS-DNA پیوند می دهد. هم چنین، در فاز گازی وحلال آبی به ترتیب محاسبات QM/QM و QM/QM/MM برای بررسی برهمکنش کمپلکس سیکلو متال رودیوم(III) با DNA انجام گرفت و نتایج نشان دادند که این کمپلکس در اثر برهمکنش با DNA در فاز گازی نسبت به حلال آبی دچار تغییرات ساختاری بیشتری می شود. انرژی برهمکنش کمپلکس سیکلو متال رودیوم(III) با DNA در فاز گازی و حلال آبی، با استفاده از روش ONIOM سه لایه ای (QM/QM/MM) محاسبه شد. نتایج نشان دادند که حضور مولکول های آب باعث کاهش انرژی برهمکنش این کمپلکس با DNA می شود. در ادامه رساله، با استفاده از لیگاند bzimpy، کمپلکس تک هسته ای [Rh(bzimpy)Cl 3 ].3DMSO سنتز و شناسایی شد. ساختار بلوری این کمپلکس نیز به وسیله بلورنگاری اشعه ایکس تعیین شد. برهمکنش کمپلکس [Rh(bzimpy)Cl 3 ].3DMSO با FS-DNA با روش های مختلف طیف سنجی و ویسکومتری مـورد بررسی قـرار گرفت. نتایج نشان دادنـد که این کمپلکس با FS-DNA از طریق شیاری پیونـد می دهد. علاوه بر این، برهمکنش کمپلکس رودیوم(III) با BSA با استفاده از روش های طیف سنجی الکترونی و فلوئورسانس، در دماهای مختلف بررسی شد. پارامترهای ترمودینامیکی سیستم کمپلکس-BSA ( ?H 0 ، ?S 0 و ?G 0 ) در این برهمکنش محاسبه شدند. هم چنین با کمک آزمون رقابتی سایت مارکر، جایگاه پیوندی این کمپلکس بر روی Aتعیین شد. نتایج نشان دادند که برهمکنش های وان دروالسی و پیوند هیدروژنی، نیروهای پیش برنده این برهمکنش هستند و این کمپلکس در جایگاه I پـروتئین BSA قرار مـی گیرد.