不同構(gòu)型DNA分子電荷輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、脫氧核糖核酸(DNA)是復(fù)雜多樣的大分子體系，是生物體中儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息的重要物質(zhì)和分子器件材料。DNA是由兩條多核苷酸鏈組成的，這兩條核苷酸鏈通過(guò)堿基的互補(bǔ)配對(duì)相互纏繞形成一種雙螺旋結(jié)構(gòu)。其中任何一條鏈都是由兩種嘌呤和兩種嘧啶組成，并且一個(gè)鏈上的嘌呤總是通過(guò)氫鍵與另一條鏈上的嘧啶相結(jié)合，而其配對(duì)的方式總是固定的，腺嘌呤A與胸腺嘧啶T配對(duì)，鳥(niǎo)嘌呤G與胞嘧啶C配對(duì)。
　　 對(duì)DNA分子導(dǎo)電性的研究已經(jīng)成為生物、物理、化學(xué)等學(xué)科以

2、及其交叉學(xué)科的研究熱點(diǎn)。電子工業(yè)的迅猛發(fā)展使得電子器件趨于小型化，在這種趨勢(shì)下，分子電子學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。DNA分子由于其獨(dú)特的可識(shí)別性和自組裝性成為分子器件的候選材料之一。另外，近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)DNA分子的電荷輸運(yùn)性質(zhì)對(duì)認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，基因的損傷與治療，信息的傳遞等許多方面都具有重要的意義。不論是在實(shí)驗(yàn)上還是理論計(jì)算中，DNA分子的導(dǎo)電性都呈現(xiàn)出多樣性的結(jié)果，而電荷輸運(yùn)機(jī)制目前尚不清楚，甚至有些結(jié)論是相互矛盾的。DNA分子的電荷輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)

3、顯示DNA分子呈現(xiàn)出導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體等豐富的電學(xué)性質(zhì)。所以如何從理論上解釋這一現(xiàn)象，弄清電荷在DNA中的傳輸機(jī)理，為利用DNA分子設(shè)計(jì)分子器件提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)為DNA的突變和修復(fù)規(guī)律提供理論解釋，闡明DNA結(jié)構(gòu)中蘊(yùn)藏的生命過(guò)程的各種信息，具有重要的科學(xué)意義。
　　 DNA分子是復(fù)雜的生物大分子，具有軟性，其電荷輸運(yùn)容易受到內(nèi)部和外部多種因素的影響，其中分子構(gòu)型對(duì)DNA分子電荷輸運(yùn)性質(zhì)的影響是本論文中重點(diǎn)研究的對(duì)象。三種具有

4、生物活性的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA分別為A-DNA，B-DNA，Z-DNA，其中B-DNA是最常見(jiàn)一種雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA，實(shí)驗(yàn)表明，在不同的環(huán)境以及人為的作用下B-DNA有向A或Z-DNA轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，為了反映出分子構(gòu)型對(duì)DNA電荷輸運(yùn)性質(zhì)的影響，我們采用DNA分子的三維緊束縛模型，通過(guò)傳遞矩陣方法計(jì)算了不同的DNA分子結(jié)構(gòu)對(duì)其輸運(yùn)性質(zhì)的影響。具體內(nèi)容和主要結(jié)果如下：
　　 1.螺旋角對(duì)Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子輸

5、運(yùn)性質(zhì)的影響
　　 在三維緊束縛單自由度模型下計(jì)算了螺旋角對(duì)DNA分子導(dǎo)電性的影響，發(fā)現(xiàn)：隨著螺旋角的增大，DNA分子電子態(tài)有擴(kuò)展的趨勢(shì)，開(kāi)啟電壓變小，在相同電壓下電流增大。
　　 2.堿基對(duì)平面傾角對(duì)Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子輸運(yùn)性質(zhì)的影響
　　 首先計(jì)算了不同堿基對(duì)水平面傾角下Poly(dG)-Poly(dC)分子的I-V曲線和電導(dǎo)率，結(jié)果表明隨著傾角的增大，DNA分子的電導(dǎo)率先緩慢增大再迅

6、速減小。最后比較了A-DNA、B-DNA、Z-DNA分子的電荷輸運(yùn)性質(zhì)，B-DNA分子導(dǎo)電性要好于其它構(gòu)型DNA分子，這點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)和理論分析相符。
　　 3.熱漲落對(duì)不同分子構(gòu)型Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子的輸運(yùn)性質(zhì)的影響
　　 在三維緊束縛模型下，采用高斯分布模擬不同構(gòu)型分子結(jié)構(gòu)的熱漲落對(duì)Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子電荷輸運(yùn)性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)無(wú)論哪種構(gòu)型DNA分子，氫鍵鍵長(zhǎng)熱漲落對(duì)分子中電荷