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的復制、修復與重組，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為其一方面在維持DNA與蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面的作用在生命活動中起著至關(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氧化嘌呤和斷裂的糖苷鍵的過程

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為是復合物內(nèi)部的分子識別過程中的直接驅(qū)動力。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。因此對DNA-蛋白質(zhì)之間氫鍵的研究具有十分重要的生物學意義。本文選取鳥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，介紹了量子化學的發(fā)展簡史并且闡述了文章所要研究

3、的問題以及研究價值。第二章就文章的研究內(nèi)容對氫鍵和電離勢和電子親和勢相關(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，第四章采用B3-LYP密度泛涵理論方法系統(tǒng)地研究了鳥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嘌呤周圍形成一個封閉側(cè)鏈。然后在B3LYP/6-31G(d)基組水平上對鳥嘌呤和多聚甲酰胺氫鍵絡(luò)合物A-Fn(n=2-7)進行優(yōu)化。隨著甲酰胺個數(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)了甲酰胺分子向鳥嘌呤分子平面一邊偏移的現(xiàn)象。鳥嘌呤結(jié)構(gòu)最引人注意的變化

5、是由氫鍵作用引起的鳥嘌呤六元環(huán)π鍵和氨基氮原子的孤電子對之間相互作用加強導致的C4-N6鍵的縮短。通過對絡(luò)合物A-F7的NBO分析證實了鳥嘌呤的N8原子與F7的N-H基團之間確實存在弱相互作用N(F1)-H…N8。 第六章是在對堿基結(jié)合了蛋白質(zhì)之后其電性如何變化和這種變化又會對對基因的突變產(chǎn)生什么樣的影響的疑問的基礎(chǔ)上展開的。本文采用B3LYP密度泛涵理論對鳥嘌呤單體以及鳥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程中結(jié)構(gòu)

6、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。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，并且正離子不穩(wěn)定的程度要大于陰離子的。另外，鳥嘌呤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。