[Co(phen)2hpip]3+与DNA的相互作用及C2Al4异构体间动力学转变过程的理论研究

摘要

本论文主要分为两个部分。第一部分里是在研究生期间通过分子力学模拟的方法计算了[Co(phen)2hpip]3+与正常及剪式错配序列DNA的相互作用。第二部分则研究了C2Al4异构体间动力学转变过程的一些理论研究。
　　在第一部分工作里，我们在本课题组以前工作的基础上，研究错配DNA的识别和修复问题，通过研究具有[M(phen)2L]n+形式的配合物插入并堆积到DNA双螺旋碱基对中，识别和修复错配DNA。本文重点研究了含Co配合物，配体为hpip在水溶液中与正常及错配DNA的相互作用和修复机理。本课题组之前已经就[Co(phen)2hpip]3+结构Ⅰ和结构Ⅱ型配合物在真空中、以及结构Ⅱ型在水溶液环境中与正常及错配DNA相互作用进行过研究和报道。本文中则主要计算结构Ⅰ型[Co(phen)2hpip]3+配合物在水溶液环境中与正常及错配DNA的相互作用。
　　第一部分创新点如下:
　　1、本文的模拟结果显示，[Co(phen)2hpip]3+对正常及剪式错配DNA都具有识别作用，识别过程体现了识别位点的特异性、异构体选择性和大小沟的选择性，对正常序列DNA的识别过程还体现了手性选择性。配合物与正常DNA的相互作用优先选择具有结构Ⅰ型的配合物，倾向于在小沟方向发生作用;而与错配的相互作用则优先选择具有结构Ⅱ配合物在大沟发生作用。通过分析我们认为配合物在与正常DNA的相互作用倾向于富集具有结构Ⅰ的右手异构体，而与剪式错配DNA则倾向于富集具有结构Ⅱ的两个异构体，且二者之间的比例基本为1∶1。
　　2、配合物可以在相互作用的过程中从构型上修复剪式错配DNA，除了具有结构Ⅱ型配合物的右手异构体可以将两对错配碱基对都由剪式错配结构转变为平行式错配结构，其余三种异构体则可以讲识别位点处的错配碱基对转变为平行式构型。
　　3、通过对配合物与D NA相互作用后的精细结构和能量进行详细分析发现，识别过程是主要是由空间相互作用决定的。同时，对剪式错配DNA的修复也与碱基对与配体hpip之间、碱基对之间的π-π堆积紧密程度和完整程度相关。
　　4、通过将本文工作与课题组之前在真空中进行的模拟结果进行对比，可以看到在水溶液环境中的模拟比真空环境更接近实际情况。
　　在第二部分工作中，我们使用基于Born-Oppenheimer近似的从头算分子动力学方法(BOMD)，系统的研究了C2Al4的三个异构体在323 K和373 K温度下发生异构化反应过程的动力学表现。
　　第二部分的创新点如下:
　　1、通过分子动力学模拟我们发现，C2Al4的全局极小结构不但热力学上非常稳定，动力学上的稳定性也非常好。
　　2、C2Al4势能面上的第二低和第三低结构在模拟中发生了向能量最低结构转变的异构化反应，结构转变中都经过了一个类似的过渡结，其中，该结构在对能量第三低的异构体在323 K进行模拟时稳定存在了约9.1 ps，在其他三个模拟中，过渡结构形成迅速向能量最低结构发生了转变。
　　3、结构转后，RMSD和势能变化的折线图波动幅度增大的主要原因是结构转变过程中有部分势能转变成了动能，使分子的热振动变得剧烈。

目录

摘要

第一章 综述

1．1 DNA的分子结构

1．1．1 正常DNA的结构

1．1．2 错配DNA的结构

1．1．3 错配识别模型

1．2 DNA探针研究背景

1．2．1 大环芳香配合物DNA探针

1．2．2 天然小分子DNA探针

1．2．3 寡聚酰胺序列DNA探针

1．2．4 核酸链DNA探针

1．2．4 基于吲哚的化合物DNA探针

1．3 金属配合物与DNA相互作用的方式

1．3．1 非共价结合

1．3．2 共价结合

1．3．3 剪切作用

1．3．4 其它作用方式

1．4 分子力学理论简介

1．5 本文开展的工作

第二章 [Co(phen)2hpip]3+与DNA相互作用的分子力学研究

2．1 概述

2．2 计算模型和方法

2．2．1 金属配合物的模型

2．2．2 正常及错配DNA的模型

2．2．3 计算方法

2．3 [Co(phen)2hpip]3+与正常及错配DNA相互作用模拟结果

2．4 结果分析与讨论

2．4．1 结果分析

2．4．2 讨论

2．4．3 对剪式错配DNA的修复

2．4．4 水溶液环境与真空环境模拟的对比

2．5 小结

第三章 C2Al4异构体的动力学异构化过程研究

3．1 研究背景

3．1．1 平面碳化学简介

3．1．2 平面碳化学的不足及近期进展

3．1．3 本章拟开展工作及意义

3．2 研究方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 均方根偏差分析

3．3．2 体系势能变化分析

3．4 小结

第四章 总结和展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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