鸟嘌呤四链体中K+移动路径的预测

论文摘要

金属离子的存在对DNA四方结构（guanine-quadruplex structure, G4）的稳定具有重大影响。各种研究表明,G4结构中的金属离子可能是K+、Na+、Li+或其它离子,而包含K+离子的G4是最稳定的。G4空穴中的离子能否与其周边离子发生交换?交换的具体渠道在那?结合G4的结构特点,为G4空穴中的K+设计了几种移动路径。首先选取了G4中的一个K+与一片g-tetrad（g-tetrad-K+）为研究对象,K+沿规定的路线移动的过程中,应用高水平的从头计算方法MP2/6-31G（d,p）与ABEEMσπ/MM模型,对g-tetrad-K+体系的结构、结合能和势能变化进行了详细的研究,结果表明:ABEEMσπ/MM方法能够准确地描述g-tetrad-K+体系的结构、结合能等性质。K+存在时,g-tetrad中鸟嘌呤采取平行型氢键相互连接,K+不存在时g-tetrad中鸟嘌呤采取交叉型氢键相互连接;同时两种方法计算的g-tetrad-K+体系的结合能与势能曲线均说明了,如果吸收足够的能量,K+可以沿α、β、γ方向三个方向离开,其中沿α方向,最容易移出。为了更接近实际体系,我们选取了更大的模型:一个K+与两片g-tetrad（1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+）为研究对象。因计算资源与时间的限制,无法用MP2方法对此模型进行计算,用ABEEMσπ/MM方法对1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+体系中,随K+移动而产生的结合能和势能变化进行了研究,表明G4内部的K+只能沿α方向移出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 基础理论
• 1.1 分子力学方法
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 分子力学概述
• 1.1.3 分子力场的势能函数
• 1.1.4 分子力场的参数化
• 1.2 密度泛函理论与电负性均衡方法
• 1.2.1 密度泛函理论
• 1.2.2 电负性均衡原理
• 1.2.3 Yang 的原子-键电负性均衡
• 1.2.4 密度泛函理论与分子力场结合
• 1.2.5 电负性均衡方法与分子力场结合
• 1.2.6 电负性均衡方法与分子力场的协调结合
• 2 原子-键电负性均衡方法融合进分子力场（ABEEMσπ/MM）
• 2.1 ABEEMσπ/MM 理论模型
• 2.2 ABEEMσπ/MM 模型参数及确定方法
• 3 应用ABEEMσπ/MM 方法预测鸟嘌呤四链体中K+移动路径
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 ABEEMσπ/MM 模型参数及确定方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 几何构型
• 3.4.2 结合能
• 3.4.3 K+沿三个方向移动时体系总能量变化研究
• 3.5 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢