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应用ABEEM/MM模型和量子化学方法研究Mg2+/Ca2+与DNA碱基的相互作用

作　者: 于洋
导　师: 杨忠志
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 金属离子 DNA碱基 分子间相互作用 量子化学方法 碱基对 原子一键电负性均衡模型
分类号: O641.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在生理上,核酸是多阴离子的聚合体,因此可以用金属离子中和它的负电荷。但是金属离子与核酸相互作用不仅仅是中和其负电荷,它对核酸的生物功能也有一定的作用。不同的金属离子与DNA碱基相互作用的强弱取决于离子的电荷、大小以及电子结构。本文应用ABEEM/MM模型和量子化学方法研究了镁、钙离子和DNA的四种碱基单体以及Watson-Crick碱基对的相互作用,主要包括复合物的结合位点,结构参数,电荷转移,能量参数以及稳定性等性质。镁、钙离子一碱基单体复合物结构的优化分别在B3LYP/6-311++G (d, p)和MP2/8-31 i++G (2d, 2p)水平下进行的,能量计算分别采用MP2/6-311++G(2d,2p)和CCSD (T) /6-311++G (2d, 2p)方法,并且进行了基组重叠误差校正(BSSE)。结果表明,这两种方法优化出的结构和计算出的能量相差不大。应用以密度泛函理论和电负性均衡原理为基础的原子一键电负性均衡方法(ABEEM)融合进分子力场对镁、钙离子和DNA四种碱基单体进行研究,通过量子化学计算,并结合我们白编的程序,在原有碱基单体的参数基础下拟合了镁、钙离子一碱基复合物的ABEEM的参数。通过这些参数优化了镁、钙离子一碱基复合物的结构并且计算其能量,所得结果与量子化学的结果有着很好的一致性。应用量子化学方法研究镁、钙离子一碱基对复合物,结构优化是在HF近似的水平下,H, C, N, 0使用6-311++g (d, p)基组,镁、钙离子用LanL2DZ鹰势基组,计算体系能量采用MP2/6-311++G (d, p)方法,并进行了BSSE校正。此外,以离子一碱基单体复合物的各种性质作为基础,对离子一碱基对复合物的结构和能量进行了比较分析。最后,应用量子化学方法对碱金属离子在汞金属界面的吸附作用进行了研究。选取汞金属界面的三个典型的位置(空穴、桥位和顶点位置),采用MP2方法计算得到Li’,Na’ , K’三种离子在汞表面不同位置的吸附能。结果表明,三种金属离子都是在空穴位置有较大的吸附能,然后是桥位和顶点位置;对于平衡结构,从Li+到Na+和K+,随着离子半径的增大,离子一与汞金属界面的平衡距离逐渐增大,吸附作用逐渐减弱,而且离子与汞之间的电荷转移逐渐减小。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 基本理论  10-22
  1.1 经典的电负性标度  10-13
    1.1.1 Pauling 电负性  10
    1.1.2 Mulliken 电负性  10-11
    1.1.3 Allred-Rochow 电负性  11-12
    1.1.4 Gordy 电负性  12
    1.1.5 Sanderson 电负性  12-13
    1.1.6 小结  13
  1.2 原子-键电负性均衡模型  13-20
  1.3 原子-键电负性均衡融合进分子力学  20-22
    1.3.1 分子力场作用项的一般形式  20
    1.3.2 键长的伸缩振动  20
    1.3.3 键角的弯曲振动  20-21
    1.3.4 二面角扭曲相互作用能  21
    1.3.5 Van der Waals 相互作用  21
    1.3.6 静电相互作用  21-22
2 应用原子—键电负性均衡方法和从头计算方法研究镁、钙离子与 DNA 碱基单体的相互作用  22-39
  2.1 前言  22-23
  2.2 从头计算方法  23-25
    2.2.1 位点的选取  23-24
    2.2.2 基组和方法的选择  24-25
  2.3 原子-键电负性均衡模型（ABEEM）  25-30
    2.3.1 ABEEM/MM 方法的表达式  25-29
    2.3.2 模型电荷的精度  29-30
  2.4 结果与讨论  30-38
    2.4.1 几何构型  30-33
    2.4.2 结合能  33-36
    2.4.3 电荷分布  36-38
  2.5 结论  38-39
3 应用从头计算方法计算镁、钙离子与DNA 碱基对的相互作用  39-48
  3.1 前言  39-40
  3.2 从头算方法  40-41
    3.2.1 位点的选取  40-41
    3.2.2 方法和基组的选取  41
  3.3 结果与讨论  41-47
    3.3.1 镁、钙离子与碱基对的距离  41-44
    3.3.2 镁、钙离子对碱基对氢键键长的影响  44-46
    3.3.3 结合能  46-47
  3.4 结论  47-48
4 碱金属离子在汞金属界面吸附作用的量子化学研究  48-52
  4.1 前言  48
  4.2 计算方法  48
  4.3 模型的构建  48-49
  4.4 结果与讨论  49-51
  4.5 结论  51-52
5 结论与展望  52-53
参考文献  53-58
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  58-59
致谢  59

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 结构化学 > 化学键理论
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