極化QM/MM方法及在DNA鹼基質子遷移與電荷轉移中的套用

《極化QM/MM方法及在DNA鹼基質子遷移與電荷轉移中的套用》是依託西南交通大學，由王紅艷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：極化QM/MM方法及在DNA鹼基質子遷移與電荷轉移中的套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王紅艷
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

發展匪櫻歸極化的耦合量子力學/分子力場（QM/MM）方法，考慮QM/MM邊界原子的相互極化作用，辨剃仔欠根據電離平衡過程中化學勢變化，調節QM/MM邊界原子的電荷分布，使QM和MM區域邊界原子相互體戶犁極化自洽，開發極化的QM/MM方法和程式。並使用極嘗店牛化的QM/MM方法，研究含環丁烷嘧啶二聚體（CPD）的DNA損傷片段的電子結構，構建活性中心區域的勢能面，在分子水平上宙籃研究DNA鹼基序列的質子異構化反應。然後根據整體平均變化過渡態理論(EA-VTST)，考慮量子隧穿效應，通過分子動力學（MD）軌跡模擬，探討DNA鹼基序列的質子遷移和電荷轉移的機理。

結題摘要

將邊界極化和電荷轉移的條件加入QMMM程式中，採用密度泛函方法計算得到變異後的鹼基對的結構參數，調整原有的分子力場參數，獲得適合於研究DNA破損修復的QMMM程式。採用密度泛函方法研究了GC和AT鹼基對氫鍵間單雙質子轉移機理，質子化的GC鹼基對陽離子氫鍵間存在三種單質子轉移機理。氫化GC鹼基對自由基氫鍵間主要發生雙質子轉移，雙質子轉移又分為協同轉移和分步轉移兩種機理，氣相中雙質子轉移占優勢，溶劑化效應有利於分步轉移。採用QMMM方法研究了含GC鹼基對的四種DNA序列中的雙質子轉移反應，上下相鄰鹼基對的靜電相互作用和接受位原子的質子親和勢大小決定了雙質子轉移方式，堆積效應、相鄰鹼基對、糖-磷酸骨架，金屬離子、H2O和溶劑化效應等因素都對DNA片段的質子轉移反應有影響。採用IRC方法研究了DNA光損傷產物環丁烷嘧啶二聚體CPD自由基陰離子和自由基陽離子電子轉移修復機理. CPD自由基陰離子修復漿洪婆歡機理與實驗上觀察到的酶促裂環光反應路徑一致，而CPD自由基陽離子修復機理對應熱裂解反應，溶液中CPD自由基陰離子裂解是自發進行的，而自由基陽離諒膠催子裂解所需能量遠大於陰離子，因此通過CPD陽離子修復DNA光損傷過程不易實現的。