堿基分子的結(jié)構(gòu)及振動性質(zhì)研究.pdf

1、核酸是最重要的生物大分子，是生命體存在的基礎(chǔ)，在存儲、復制、識別和轉(zhuǎn)錄遺傳信息中都是不可或缺的。放射醫(yī)學和輻射生物學認為，在電離輻射導致細胞殺傷或轉(zhuǎn)化的過程中，主要靶分子就是DNA和RNA。射線作用于機體，從開始照射到出現(xiàn)生物學效應(yīng)（如癌變等）是一個極其復雜的過程，其輻射產(chǎn)物多種多樣，對生物分子結(jié)構(gòu)的影響尤其復雜。然而，其中具有遺傳效應(yīng)的變化只有核酸堿基的丟失或者改變。因此，研究清楚核酸堿基在輻射前后得的物理化學性質(zhì)及其變化，對于生物輻

2、照損傷的研究有十分重要的意義。研究分子性質(zhì)的一個重要方法就是研究它的振動光譜。對孤立或穩(wěn)定環(huán)境下的堿基分子用譜學方法研究，可以幫助我們澄清堿基分子在生物體系中的功能。目前常采用的譜學實驗方法是紅外光譜和拉曼光譜。在實驗研究中要標記實驗譜，這在多原子分子特別是生物大分子的實驗中十分困難。通過理論計算出分子的振動光譜，對我們理解實驗所測量頻譜和預測新的頻譜有著重要意義。計算分子光譜的理論方法，主要有經(jīng)典分子動力學方法和精確一些的量子化學計算

3、方法。但隨著要計算的原子數(shù)目的增加，量化計算的計算量增加得十分驚人。此外，在量化方法中的從頭算方法中需要引入標度因子，這也增加了計算結(jié)果的不確定性。而分子動力學，沒有這些缺陷，是研究生物大分子的振動光譜及其他性質(zhì)的一個可靠而有效的方法。
　　分子動力學在生物分子研究上的應(yīng)用范圍越來越廣，許多研究表明用分子動力學方法研究生物大分子是可行的，但只有少數(shù)幾個分子的振動模式和頻率被給出。因此我們在此基礎(chǔ)上采用半經(jīng)驗勢分子動力學方法研究了尿

4、嘧啶和胸腺嘧啶的振動性質(zhì)。通過計算這兩種分子的分子動力學運動軌跡得到速度、加速度、原子受力大小與運動方向的變化，并計算了分子的振動頻率，給出兩種分子振動譜的范圍（VAF法）。尿嘧啶分子的振動譜在86～3372cm-1，胸腺嘧啶的振動譜在118～3657cm-1。通過有限差分法(finite differencemethod)求解Hessian矩陣的方法（FDH法），提取出了分子的每一個振動頻率及對應(yīng)頻率下的分子空間三維圖，計算結(jié)果能夠和

5、現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)較好的符合。本文還通過DFT量化計算方法給出了完整的胸腺嘧啶分子振動模式和頻率，并與VAF法和FDH法進行了對比?？紤]到生物分子都是處在接近常溫的環(huán)境中，我們用分子動力學方法研究了不同溫度下尿嘧啶分子構(gòu)型和振動性質(zhì)的變化，發(fā)現(xiàn)溫度對分子的構(gòu)型有一些影響，在相對高溫度下分子的構(gòu)型會發(fā)生一點改變，而在0K附近分子中的原子是幾乎不動的，構(gòu)型也幾乎沒有變化。溫度對分子振動譜的影響微乎其微，在不同的溫度下計算所得分子的振動頻譜幾乎沒有