DNA堿基與肽鏈之間的電離勢(shì)和電子親和勢(shì)及氫鍵作用的理論研究.pdf

1、DNA作為遺傳信息儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移的載體在生物進(jìn)化以及生物功能實(shí)現(xiàn)上具有至關(guān)重要的作用。然而，值得注意的是DNA所有生物功能的實(shí)現(xiàn)，例如DNA的復(fù)制、修復(fù)與重組，必須依賴與蛋白質(zhì)的相互作用(DNA-蛋白質(zhì)相互作用)。而蛋白質(zhì)與核苷酸之間的氫鍵在DNA修復(fù)氧化及斷裂過程中起著決定性的作用；氨基酸側(cè)鏈與DNA堿基之間形成的多重氫鍵可以通過多個(gè)途徑改變核苷酸中堿基的電性，這對(duì)研究DNA和RNA突變很有價(jià)值。堿基的電性在DNA和RNA的突變過程中起著

2、重要的作用。例如：高能輻射引起的DNA和RNA突變的第一步就是在核苷鏈上某些部位形成正負(fù)離子；DNA堿基電離勢(shì)的強(qiáng)弱是DNA雙鏈被各種輻射和氧化因子氧化的重要因素。電離勢(shì)和電子親和勢(shì)作為衡量原子和分子得失電子能力強(qiáng)弱的物理量，對(duì)其實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。很多研究原子和分子的電離勢(shì)和電子親和勢(shì)的理論和實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。本文的重點(diǎn)就是從量子化學(xué)的角度研究DNA-蛋白質(zhì)相互作用中的電離勢(shì)和電子親和勢(shì)及氫鍵作用。 全文包括

3、六章。第一章為前言，介紹了量子化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史并且闡述了文章所要研究的問題以及研究?jī)r(jià)值。第二章就文章的研究?jī)?nèi)容對(duì)電離勢(shì)和電子親和勢(shì)及氫鍵相關(guān)知識(shí)做了簡(jiǎn)單介紹。第三章就本文主要的研究依據(jù)--各種相關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)明扼要的介紹。前三章主要概括了本文工作的理論背景、理論依據(jù)，為我們的研究提供了可靠的理論基礎(chǔ)。 在前三章的理論基礎(chǔ)上，第四章是在對(duì)堿基結(jié)合了蛋白質(zhì)之后其電性如何變化和這種變化又會(huì)對(duì)基因的突變產(chǎn)生什么樣的影響的疑問的基礎(chǔ)上展

4、開的。本文采用B3LYP密度泛涵理論對(duì)胞嘧啶單體以及胞嘧啶和甲酰胺單體組成的氫鍵絡(luò)合物體系在得失電子過程中結(jié)構(gòu)和能量的變化進(jìn)行了分析，并計(jì)算了體系的電離勢(shì)和電子親和勢(shì)。絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)在得失電子的過程中都會(huì)發(fā)生變化。不同的是失去電子對(duì)分子間結(jié)構(gòu)的影響比較大，而得到電子會(huì)使分子間和分子內(nèi)的結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化。另外，胞嘧啶和甲酰胺之間的氫鍵作用增強(qiáng)了體系的絕熱電離和絕熱親和電子的能力，而對(duì)垂直電離和垂直親和電子的能力則對(duì)不同的絡(luò)合物有不同的影響。

5、 第五章是在第四章工作的基礎(chǔ)上將甲酰胺分子的數(shù)量增加到四個(gè)，由于DNA所處的周圍環(huán)境以及分子體系中參與的大量原子等的復(fù)雜性以及氨基酸側(cè)鏈與DNA堿基之間形成的多重氫鍵可以通過多個(gè)途徑改變核苷酸中堿基的電性，所以本文采用B3LYP密度泛涵理論對(duì)胞嘧啶和多個(gè)甲酰胺組成的氫鍵絡(luò)合物體系的電離勢(shì)和電子親和勢(shì)進(jìn)行了計(jì)算。同樣分析了結(jié)構(gòu)、能量以及電離勢(shì)和電子親和勢(shì)的變化。從能量的角度來看。絡(luò)合物得到或者失去一個(gè)電子都會(huì)使體系變得不穩(wěn)定，并且正

6、離子不穩(wěn)定的程度要大于陰離子的。 第六章是在第五章工作的基礎(chǔ)上將甲酰胺分子的數(shù)量繼續(xù)增加，直到甲酰胺分子可以在胞嘧啶周圍形成一個(gè)封閉側(cè)鏈。然后在B3LYP/6-31G(d)基組水平上對(duì)胞嘧啶和多個(gè)甲酰胺氫鍵絡(luò)合物C-Fn(n=2-7)進(jìn)行優(yōu)化。胞嘧啶結(jié)構(gòu)最引入注意的是由氫鍵作用導(dǎo)致的胞嘧啶環(huán)上π鍵和氨基氮原子的孤電子對(duì)之間相互作用加強(qiáng)引起了C4-N7鍵的縮短。最顯著的延長(zhǎng)的鍵是Cl-08，是典型的C-O-鍵，可以看成單鍵而非雙鍵