DNA堿基與肽鏈之間氫鍵的理論研究.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)。氫鍵作為其中重要的一種作用力因?yàn)槠湟环矫嬖诰S持DNA與蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面的作用在生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。另一方面，氫鍵可以直接參與控制某些DNA-蛋白質(zhì)相互作用的發(fā)生。蛋白質(zhì)與核苷酸之間的氫鍵在修復(fù)氧化嘌呤和斷裂的糖苷鍵的過(guò)程

2、中起著決定性的作用；蛋白質(zhì)一核苷酸之間形成的多重氫鍵被認(rèn)為是復(fù)合物內(nèi)部的分子識(shí)別過(guò)程中的直接驅(qū)動(dòng)力。另外，氨基酸側(cè)鏈與DNA堿基之間形成的多重氫鍵可以通過(guò)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。因此對(duì)DNA-蛋白質(zhì)之間氫鍵的研究具有十分重要的生物學(xué)意義。本文選取鳥(niǎo)嘌呤和甲酰胺之間的氫鍵作為研究DNA-蛋白質(zhì)之間氫鍵作用的模板。 全文包括六章。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

3、的問(wèn)題以及研究?jī)r(jià)值。第二章就文章的研究?jī)?nèi)容對(duì)氫鍵和電離勢(shì)和電子親和勢(shì)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，第四章采用B3-LYP密度泛涵理論方法系統(tǒng)地研究了鳥(niǎo)嘌呤和甲酰胺單體之間的氫鍵作用。在B3-LYP/6-311++G(d，p)基組水平上，得到9種穩(wěn)定雙氫鍵環(huán)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

4、構(gòu)型。我們發(fā)現(xiàn)以甲酰胺的氮原子作為氫鍵供體絡(luò)合物要比以甲酰胺的炭原子氫鍵供體的絡(luò)合物穩(wěn)定。 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，直到甲酰胺分子可以在鳥(niǎo)嘌呤周圍形成一個(gè)封閉側(cè)鏈。然后在B3LYP/6-31G(d)基組水平上對(duì)鳥(niǎo)嘌呤和多聚甲酰胺氫鍵絡(luò)合物A-Fn(n=2-7)進(jìn)行優(yōu)化。隨著甲酰胺個(gè)數(shù)的增加，由于C-H鍵的疏水性質(zhì)和氫鍵的協(xié)同作用出現(xiàn)了甲酰胺分子向鳥(niǎo)嘌呤分子平面一邊偏移的現(xiàn)象。鳥(niǎo)嘌呤結(jié)構(gòu)最引人注意的變化

5、是由氫鍵作用引起的鳥(niǎo)嘌呤六元環(huán)π鍵和氨基氮原子的孤電子對(duì)之間相互作用加強(qiáng)導(dǎo)致的C4-N6鍵的縮短。通過(guò)對(duì)絡(luò)合物A-F7的NBO分析證實(shí)了鳥(niǎo)嘌呤的N8原子與F7的N-H基團(tuán)之間確實(shí)存在弱相互作用N(F1)-H…N8。 第六章是在對(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)對(duì)基因的突變產(chǎn)生什么樣的影響的疑問(wèn)的基礎(chǔ)上展開(kāi)的。本文采用B3LYP密度泛涵理論對(duì)鳥(niǎo)嘌呤單體以及鳥(niǎo)嘌呤和甲酰胺單體組成的氫鍵絡(luò)合物體系在得失電子過(guò)程中結(jié)構(gòu)

6、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(guò)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。從能量的角度來(lái)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，并且正離子不穩(wěn)定的程度要大于陰離子的。另外，鳥(niǎo)嘌呤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。