dna碱基与肽链之间的电离势和电子亲和势及氢键作用的理论研究

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1、曲阜师范大学硕士学位论文DNA碱基与肽链之间的电离势和电子亲和势及氢键作用的理论研究姓名：苏春芳申请学位级别：硕士专业：化学物理化学指导教师：周正宇20090401摘要DNA作为遗传信息储存和转移的载体在生物进化以及生物功能实现上具有至关重要的作用。然而，值得注意的是DNA所有生物功能的实现，例如DNA的复制、修复与重组，必须依赖与蛋白质的相互作用(DNA一蛋白质相互作用)。而蛋白质与核苷酸之间的氢键在DNA修复氧化及断裂过程中起着决定性的作用；氨基酸侧链与DNA碱基之间形成的多重氢键可以通过多个途径改变核苷酸中碱基的电性，这对研究DNA和RNA突变很有价值。碱基的电性在DNA和RN

2、A的突变过程中起着重要的作用。例如：高能辐射引起的DNA和RNA突变的第一步就是在核苷链上某些部位形成正负离子；DNA碱基电离势的强弱是DNA双链被各种辐射和氧化因子氧化的重要因素。电离势和电子亲和势作为衡量原子和分子得失电子能力强弱的物理量，对其实验测量和理论计算具有十分重要的现实意义。很多研究原子和分子的电离势和电子亲和势的理论和实验应运而生。本文的重点就是从量子化学的角度研究DNA一蛋白质相互作用中的电离势和电子亲和势及氢键作用。全文包括六章。第一章为前言，介绍了量子化学的发展简史并且阐述了文章所要研究的问题以及研究价值。第二章就文章的研究内容对电离势和电子亲和势及氢键相关知识

3、做了简单介绍。第三章就本文主要的研究依据一一各种相关计算方法进行了简明扼要的介绍。前三章主要概括了本文工作的理论背景、理论依据，为我们的研究提供了可靠的理论基础。在前三章的理论基础上，第四章是在对碱基结合了蛋白质之后其电性如何变化和这种变化又会对基因的突变产生什么样的影响的疑问的基础上展开的。本文采用B3LYP密度泛涵理论对胞嘧啶单体以及胞嘧啶和甲酰胺单体组成的氢键络合物体系在得失电子过程中结构和能量的变化进行了分析，并计算了体系的电离势和电子亲和势。络合物的结构在得失电子的过程中都会发生变化。不同的是失去电子对分子间结构的影响比较大，而得到电子会使分子间和分子内的结构都发生变化。另

4、外，胞嘧啶和甲酰胺之间的氢键作用增强了体系的绝热电离和绝热亲和电子的能力，而对垂直电离和垂直亲和电子的能力则对不同的络合物有不同的影响。第五章是在第四章工作的基础上将甲酰胺分子的数量增加到四个，由于DNA所处的周围环境以及分子体系中参与的大量原子等的复杂性以及氨基酸侧链与DNA碱基之间形成的多重氢键可以通过多个途径改变核苷酸中碱基的电性，所以本文采用B3LYP密度泛涵理论对胞嘧啶和多个甲酰胺组成的氢键络合物体系的电离势和电子亲和势进行了计算。同样分析了结构、能量以及电离势和电子亲和势的变化。从能量的角度来看。络合物得到或者失去一个电子都会使体系变得不稳定，并且正离子不稳定的程度要大于

5、阴离子的。第六章是在第五章工作的基础上将甲酰胺分子的数量继续增加，直到甲酰胺分子可以在胞嘧啶周围形成一个封闭侧链。然后在B3LYP／6．3loo)基组水平上对胞嘧啶和多个甲酰胺氢键络合物C-Fn(n=2．7)进行优化。胞嘧啶结构最引人注意的是由氢键作用导致的胞嘧啶环上7楗和氨基氮原子的孤电子对之间相互作用加强引起了C4-N7键的缩短。最显著的延长的键是C1—08，是典型的C．0‘键，可以看成单键而非双键。胞嘧啶上的电荷分布表明了除了氧原子以外，其他原子电荷变化相对较小，在烯醇式结构中存在着羰基，导致了在氧原子上负电荷的相对增加。通过对以上体系的研究，我们发现DNA碱基与肽链之间的电离

6、势和电子亲和势及氢键作用对碱基的结构和电性有不可忽视的影响，这种影响势必又会影响到DNA在生物体内的活动。希望我们的研究对相同领域的研究者能够提供有价值的参考。关键词：密度泛涵理论，电离势，电子亲和势，氢键，胞嘧啶，甲酰胺AbstractDNAoccupiesacentralroleinthedevelopmentandfunctioningoflivingorganismsforitsfunctionsofstoringandtransferofgeneticinformation．However,itisnotablethatalltheperformancesofthefunc

7、tionsmustdependontheinteractionswithproteins．AmongSO—calledprotein-nucleicacidinteractions，TheH—bondinginteractionsbetweenproteinandnucleicacidhavebeenfoundtobeavitalactorintheprocessofrepairingoxidativedamagetoDNA．Besides，Multipl