Mg2 对AT(腺嘌呤-胸腺嘧啶)碱基对质子转移影响的理论研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

两条DNA链依靠彼此碱基之间的氢键而结合成双螺旋结构, 氢键中的质子在受到辐射时容易发生转移, 形成新的异构体, 导致DNA在复制、转录过程中出错, 因此研究碱基对氢键间质子转移反应具有重要意义。

其中一些自由基异构体已在实验中检测到, 而中性DNA碱基对结构因为其相对稳定, 相对于离子结构较难发生质子转移反应, 但是理论和实验研究都表明中性DNA分子的质子转移反应也是导致基因变异的主要因素之一,因此研究中性DNA分子的质子转移机理也是十分必要的。

2. 国内外研究现状分析

生物体环境内存在大量水,水对质子转移反应影响显著。

任宏江[3]等人在研究5-氯尿嘧啶质子转移异构化过程中发现当水分子参与反应以双质子转移机理异构化时, 活化能显著降低, 各通道速控步骤的活化能依次降为66.24、69.36和77.85kJ/mol, 有利于双酮式向烯醇式或酮醇式转变。

计算结果还表明, 氢键作用在增大5-氯尿嘧啶一水复合物稳定性、降低质子转移异构化反应活化能等方面起着重要作用。

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3. 研究的基本内容与计划

本课题将基采用量子化学中的密度泛函理论(DFT),选取合适的基组,计算AT阴离子碱基对的质子转移机理,计算质子转移反应能垒,重点讨论Mg2 的络合对AT碱基对中的质子转移互变异构过程的影响,并分析反应过程中氢键长短、反应物与反应产物稳定性的变化和反应能垒的变化。

4. 研究创新点

Mg2 是细胞内含量最高的二价正离子,DNA、RNA的大多数活化过程都有Mg2 的参与,是最重要的金属粒子之一,但研究较少。

本课题将以前人研究Cu2 对AT、GC碱基对质子转移影响的相关研究为起点,结合对质子转移有影响的其他相关因素(水合、堆叠效应、溶剂效应、相邻碱基对的静电场),利用多种计算方法(分子力学法、DFT等),细致、全面的分析Mg2 对AT碱基对质子转移的影响,补充这一研究领域的空白。

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