金属离子及其配合物与核酸相互作用的研究属于生物无机化学的范畴，是在无机化学、生物学及其他辅助学科相互交叉、渗透中发展起来的一门边缘学科。生物无机化学的产生和发展差不多经历了半个世纪，而作为一个独立学科的建立，却是近30多年的事情，通常人们把国际期刊Journal of Inorganic Biochemistry的创立（1971年）作为标志。它的基本任务是从现象学以及从分子、原子水平上研究金属与生物配体之间的相互作用。而对这种相互作用的阐明有赖于无机化学和生物学两门学科水平的高度发展。由于应用理论化学方法和近代物理实验方法的飞速进展，使得揭示生命过程中的生物无机化学行为成为可能，生物无机化学正是这个时候作为一门独立学科应运而生的。
研究无机金属配合物与DNA之间的相互作用已经成为生物无机化学领域的一个很重要的研究分支。由于它们的外型、电荷性质及跟DNA键合的亲近性，使得它们成为有用的光谱和电化学探针，用来探索核酸的空间结构和动力学性质，也可以用来识别核酸链中的特定位置，以加深对药物或有毒试剂和DNA之间相互作用的理解。
核酸由平行堆积的碱基、聚合的阴离子磷酸骨架以及两条核苷酸形成的大沟、小沟构成了金属离子及配合物的多个作用位点。而不同的作用位点可表达为不同的作用模式。一般的，根据作用的性质可将作用模式分为化学性反应的共价作用和剪切作用及物理性的非共价作用。
（1）共价作用主要表现为核酸的烷基化及DNA的链间交联、链内交联等，共价结合的序列识别能力比非共价结合要强得多。目前最常用的顺铂类抗癌药物具有极强的抗癌活性，这主要是由于发生鸟嘌呤N-7亲电反应，形成了链内和链外交联物，结果干扰了DNA的复制和RNA的合成[29]。
（2）剪切作用是DNA修复、转录及突变中是很重要的一个生物学过程。具有剪切作用的分子断裂DNA的位点是由其与DNA结合的选择性决定的。常见的金属型断裂剂有以邻菲罗啉为配体的金属络合物[30]，EDTA-Fe（II）类衍生物[31]等。根据反应机理的不同，不同的断裂剂与DNA之间又有不同的反应特征。如[Rh（phen）2phi]3+（phi为9，10-菲二亚胺）在紫外光照射下，自身的金属中心与配体能够发生电荷转移，使phi上产生自由基，然后从邻近处的脱氧核糖上去掉C3´氢原子，造成糖环降解，从而DNA链发生断裂[32-33]；而金属卟啉[34]，配合物[Ru（bpy）3]2+等在光照射或还原剂存在下产生单线态氧分子、配体自由基或光电子等进攻碱基部位使DNA链发生断裂；相对而言，水解反应使得磷酸二酯键断裂较氧化还原断裂更具有优越性，因为水解反应发生在磷酸骨架而保持了碱基序列的遗传信息。简单的金属离子如Zn2+，Pb2+等都能促进DNA的水解反应[35-36]。
（3）非共价作用是最常见的一种作用模式，主要特点是该种作用模式具有一定程度的可逆性。根据作用位点的差异又可分为如下三种方式[37-39]（图1.2.1）。(www.xing528.com)
I）静电结合，即探针通过非特异的相互作用结合于带负电荷的DNA双螺旋的外部。
II）沟面结合，即探针与核酸的大沟或小沟的碱基对的边缘直接发生相互作用。
III）嵌插结合，即在核酸的碱基对之间嵌入平面的或几乎平面的芳香环系统，嵌插作用来自芳环的离域π体系与碱基的π体系间的相互作用及疏水作用。这是DNA与其探针发生相互作用最重要的形式之一。当探针嵌入DNA碱基对之间后，有的可以直接抑制DNA复制与转录的功能；有的则在经过进一步活化之后，使DNA断裂受损而影响其功能。
图1.2.1 dsDNA与客体小分子非共价作用模式模拟图
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