DNA分子損傷的密度泛函理論研究.pdf

1、電離輻射可能導(dǎo)致基因突變、癌變、衰老等嚴(yán)重后果。從分子水平來看，電離輻射對(duì)生物體的損傷豐要是由于電離輻射引起了生物細(xì)胞內(nèi)DNA分子的損傷。輻射損傷分為兩種：直接損傷和間接損傷。直接損傷是DNA直接吸收射線能量而造成的損傷，間接損傷是指DNA周圍其他分予(主要是水分子)吸收射線能量產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基：·OH，·H和e<,aq>等中間物攻擊DNA造成的損傷。對(duì)于游離的堿基，嘧啶一般比嘌呤具有更高的輻射敏感性。自由基與堿基發(fā)生反應(yīng)后

2、形成自由基會(huì)引起堿基對(duì)能量及結(jié)構(gòu)上變化，這種變化可能會(huì)導(dǎo)致DNA鏈的斷裂，從而造成基因損傷而丟失遺傳信息。 本論文第一章介紹了我們進(jìn)行研究工作的理論基礎(chǔ)；第二章介紹了蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)與功能；第三章和第四章詳細(xì)介紹了作者本人在攻讀碩士學(xué)位期間所作的研究工作。主要內(nèi)容和結(jié)論如下： 1．密度泛函計(jì)算表明：在.H攻擊胞嘧啶生成的三種產(chǎn)物中，N<,3>H.自由基的能量最小，所以從能量角度來看，H原子加合到N<,3>位置的反應(yīng)

3、要優(yōu)先于加合到C<,5>和C<,6>位置。C<,s>H.的能量略低于C<,6>H_.的能量，而且形成前者的反應(yīng)勢(shì)壘要比后者低約2 kcal/mol，所以，與H原子加合到C<,5>位置的反應(yīng)相比較，加合到C<,6>位置的反應(yīng)幾率要小。總之，H原子加合到N<,3>位置的反應(yīng)最容易發(fā)牛，其次是C<,5>位置，然后是C<,6>位置。這個(gè)順序與胞嘧啶中三個(gè)加合原予周圍的電子密度大小順序相一致。 2．密度泛函計(jì)算得出結(jié)論：.H自由基加

4、合到胸腺嘧啶C<,5>和C<,6>位置的反應(yīng)需要分別克服一個(gè)值為2.20 kcal/mol和1.61kcal/mol的能量勢(shì)牟，而且產(chǎn)物C<,6>H.的能量比C<,5>H.的能量低，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。所以，從熱力學(xué)和反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面來看，H自由基加合到C<,6>位置的反應(yīng)都要優(yōu)先于加合到C<,5>位置的反應(yīng)。H自由基攻擊胸腺嘧啶C<,5>甲基的脫氫反應(yīng)必須克服一個(gè)約3.70kcal/mol的能壘，所以反應(yīng)幾率最小。 3．運(yùn)用密度泛

5、函方法研究了通過.0H．自由基加合到A-T堿基對(duì)中的A或T上形成的五個(gè)堿基對(duì)自由基。計(jì)算表明：.OH自由基加合到A中的C<,4>，C<,5>和C<,8>位置后形成的二個(gè)堿基對(duì)自由基，其氫鍵分解能分別為13.6 kcal/mol，14.2kcal/mol，13.1 kcal/mol，這二個(gè)自由基的氫鍵分解能都比A-T堿基對(duì)的氫鍵分解能大，而·OH自由基加合到T中的C<,5>和C<,6>位置所形成的兩個(gè)堿基對(duì)自由基的氫鍵分解能都比A-T堿

6、基對(duì)的氫鍵分解能小，其值分別為12.4 kcal/mol和21.9kcal/mol。由此看來，·OH自由基加合到T上形成自由基使其更容易分解成胸腺嘧啶分子和相應(yīng)的自由基，更容易對(duì)DNA造成進(jìn)一步的損傷，可能會(huì)導(dǎo)致鏈的斷裂甚至遺傳信息丟失。AIM分析結(jié)果也證實(shí)了這種變化?？紤]水環(huán)境對(duì)氫鍵的影響后，計(jì)算結(jié)果顯示，氫鍵分解能比理想情況下減小了很多，水環(huán)境對(duì)氫鍵的影響很大，堿基對(duì)自由基在水環(huán)境中更容易受到電離輻射作用而造成DNA損傷。

7、4.運(yùn)用密度泛函方法，對(duì)·OH自由基加合到鳥嘌呤G和胞嘧啶C上形成的各種G-C堿基對(duì)自由基進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并將各種自由基的氫鍵分解能進(jìn)行了比較。計(jì)算結(jié)果顯示，·OH自由基加合到鳥嘌呤和胞嘧啶上形成的自由基中，除了加合到鳥嘌呤中C<,8>原子形成的自由基外，氫鍵分解能都比G-C堿基對(duì)的氫鍵分解能小，都不如G-C堿基對(duì)穩(wěn)定。AIM分析結(jié)果也證實(shí)了這種變化。由此看來，大部分的·OH加合G-C堿基對(duì)自由基相對(duì)中性堿基對(duì)而言，都更容易分裂成鳥嘌呤