DNA堿基與肽鏈之間的電離勢和電子親和勢及氫鍵作用的理論研究.pdf

1、DNA作為遺傳信息儲存和轉(zhuǎn)移的載體在生物進化以及生物功能實現(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途徑改變核苷酸中堿基的電性，這對研究DNA和RNA突變很有價值。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堿基電離勢的強弱是DNA雙鏈被各種輻射和氧化因子氧化的重要因素。電離勢和電子親和勢作為衡量原子和分子得失電子能力強弱的物理量，對其實驗測量和理論計算具有十分重要的現(xiàn)實意義。很多研究原子和分子的電離勢和電子親和勢的理論和實驗應(yīng)運而生。本文的重點就是從量子化學(xué)的角度研究DNA-蛋白質(zhì)相互作用中的電離勢和電子親和勢及氫鍵作用。 全文包括

3、六章。第一章為前言，介紹了量子化學(xué)的發(fā)展簡史并且闡述了文章所要研究的問題以及研究價值。第二章就文章的研究內(nèi)容對電離勢和電子親和勢及氫鍵相關(guān)知識做了簡單介紹。第三章就本文主要的研究依據(jù)--各種相關(guān)計算方法進行了簡明扼要的介紹。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對基因的突變產(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)和能量的變化進行了分析，并計算了體系的電離勢和電子親和勢。絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)在得失電子的過程中都會發(fā)生變化。不同的是失去電子對分子間結(jié)構(gòu)的影響比較大，而得到電子會使分子間和分子內(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了體系的絕熱電離和絕熱親和電子的能力，而對垂直電離和垂直親和電子的能力則對不同的絡(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，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密度泛涵理論對胞嘧啶和多個甲酰胺組成的氫鍵絡(luò)合物體系的電離勢和電子親和勢進行了計算。同樣分析了結(jié)構(gòu)、能量以及電離勢和電子親和勢的變化。從能量的角度來看。絡(luò)合物得到或者失去一個電子都會使體系變得不穩(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封閉側(cè)鏈。然后在B3LYP/6-31G(d)基組水平上對胞嘧啶和多個甲酰胺氫鍵絡(luò)合物C-Fn(n=2-7)進行優(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之間相互作用加強引起了C4-N7鍵的縮短。最顯著的延長的鍵是Cl-08，是典型的C-O-鍵，可以看成單鍵而非雙鍵