砷—核酸碱基化合物的结构与性质研究

摘要

研究砷原子与核酸碱基之间的作用,有助于探索砷的生理学意义和核酸生物学功能的微观机制,以及总结非金属与生物大分子的作用规律。本文运用密度泛函理论B3LYP方法,在全电子的双ζ加极化加弥散函数基组(DZP++)下,系统地研究了砷原子与五种核酸碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶)之间的作用。计算了砷-核酸碱基化合物及其阴离子的基态构型、谐振频率、电荷分布、电子亲合能和形成能等性质。结果表明,R-As-H型(R代表核酸自由基)构型是砷-核酸碱基化合物及其阴离子的典型构型。对于中性分子,砷原子和核酸碱基之间是一种很强的结合,形成R-As-H型基态构型。对于阴离子,基态构型也是R-As-H型,但是,在中性分子得到一个电子后形成的阴离子中,砷原子发生了分子内迁移,致使砷-核酸碱基化合物(砷-腺嘌呤除外)中砷原子与核酸碱基的结合位与中性构型中的不同;在电荷分布方面,自然布居分析(NPA)表明,当额外电子进入砷-核酸碱基中性分子形成阴离子,80％以上的额外电子分布在砷原子上;计算了砷-核酸碱基化合物的三种电子亲合能:绝热电子亲合能、垂直电子亲合能和负离子的垂直电子解离能。砷-腺嘌呤、砷-鸟嘌呤、砷-胞嘧啶、砷-胸腺嘧啶和砷-尿嘧啶化合物的绝热电子亲合能依次为2.07eV、2.12eV、2.38eV、2.55eV和2.52eV(经过谐振近似下的零点振动能(ZPVE)修正的值分别为2.07eV、2.15eV、2.39eV、2.56eV和2.55eV),说明砷-胸腺嘧啶化合物的电子捕获能力最强,砷原子与嘌呤碱基所形成化合物的电子捕获能力比砷原子与嘧啶碱基所形成化合物的电子捕获能力弱。垂直电子亲合能和负离子的垂直电子解离能的理论计算值分别在1.62~1.98eV之间和2.15~2.74eV之间。此外,本文还计算了砷-核酸碱基化合物的形成能,以反映所形成化合物的稳定性。理论计算的形成能在?27.0~?23.1kcal/mol之间,说明砷原子与核酸碱基作用形成的化合物很稳定,稳定性顺序从大到小依次为砷-鸟嘌呤>砷-腺嘌呤>砷-尿嘧啶>砷-胞嘧啶>砷-胸腺嘧啶。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 本论文的研究对象及国内外研究概况

1.3 本论文的研究内容

第二章 理论原理和计算方法

2.1 分子体系的薛定谔方程

2.2 从头算方法

2.3 微扰理论

2.4 密度泛函理论

2.5 势能面

2.6 基组的选择

2.6.1 最小基组

2.6.2 双ζ和分裂基组

2.6.3 极化基组和弥散函数

2.6.4 高角动量基组

2.7 Gaussian03 程序

2.8 计算方案的实施和结果分析

2.8.1 分子平衡结构的几何优化

2.8.2 自然布居分析

2.8.3 谐振频率

2.8.4 电子亲合能、形成能的计算和分析

第三章 砷-核酸碱基化合物的结构、热化学和电子亲合能的理论研究

3.1 计算方法

3.2 砷-核酸碱基化合物的计算结果与讨论

3.2.1 砷-腺嘌呤化合物及其阴离子

3.2.2 砷-鸟嘌呤化合物及其阴离子

3.2.3 砷-胞嘧啶化合物及其阴离子

3.2.4 砷-胸腺嘧啶化合物及其阴离子

3.2.5 砷-尿嘧啶化合物及其阴离子

3.2.6 电子亲合能

3.2.7 形成能

第四章 结论

参考文献

附录

致谢

在读期间取得的科研成果