精氨酸侧链和核酸碱基间离子氢键作用强度分析

采用MP2/6-31+G(d,p)方法优化得到了22个由精氨酸侧链与碱基尿嘧啶、 胸腺嘧啶、 胞嘧啶、 鸟嘌呤及腺嘌呤形成的氢键复合物的气相稳定结构, 使用包含BSSE校正的MP2/aug-cc-pVTZ方法计算得到了复合物的气相结合能, 通过MP2/6-31+G(d,p)方法和PCM模型优化得到了复合物的水相稳定结构, 采用MP2/aug-cc-pVTZ方法和PCM模型计算得到了复合物的水相结合能. 研究发现, 精氨酸侧链与碱基间的离子氢键作用强度与单体间电荷转移量、 氢键临界点电子密度及二阶作用稳定化能密切相关. 与中性氢键相比, 离子氢键作用具有更显著的共价作用成分. 研究还发现, 精氨酸侧链和碱基间形成的氢键复合物的稳定性次序可以通过氢键受体碱基分子上氧原子和氮原子的质子化反应焓变进行预测, 质子化反应焓变越负, 形成的氢键复合物越稳定.     

碱基腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点

正确理解核酸碱基和蛋白质多肽间的作用机制有助于人们利用这些生物分子有效地进行分子设计,进而制备具有特殊纳米结构和功能的生物分子材料.本文优化得到了碱基腺嘌呤与N-甲基乙酰胺、甘氨酸二肽、丙氨酸二肽形成的20个氢键复合物的结构并计算了结合能,探讨了腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点.研究发现:腺嘌呤可以使用两个不同位点(A1位点和A2位点)与N-甲基乙酰胺形成N―H…N型或者N―H…O=C型氢键复合物,腺嘌呤使用A1位点与N-甲基乙酰胺形成的N―H…N型氢键复合物更稳定;二肽分子可以使用主链上两个不同位点(丙氨酸的Ala7位点和Ala5位点或者甘氨酸的Gly7位点和Gly5位点)与腺嘌呤形成含有N―H…N和N―H…O=C两条氢键的复合物,二肽分子使用Ala7或Gly7位点与腺嘌呤形成的氢键复合物更稳定;腺嘌呤与多肽间的氢键作用强于其与N-甲基乙酰胺的作用.基于分子中的原子理论与自然键轨道计算结果分析了氢键作用的本质.     

槲皮素与腺嘌呤氢键作用的最佳位点

本文优化得到了16个由槲皮素与腺嘌呤形成的氢键复合物的稳定结构,并计算了它们的结合能.研究发现,在气相和水相中,槲皮素均通过qu1位点与腺嘌呤作用形成稳定的氢键复合物.比较了腺嘌呤与槲皮素形成的氢键复合物、腺嘌呤与胸腺嘧啶形成的Watson-Crick碱基对的相对稳定性.在气相条件下Watson-Crick碱基对更稳定,在水相条件下腺嘌呤与槲皮素形成的氢键复合物更稳定,说明水相条件下腺嘌呤与槲皮素之间的相互作用强于与胸腺嘧啶之间的相互作用.基于标准反应Gibbs自由能变的计算结果估算了水相条件下腺嘌呤与槲皮素形成的氢键复合物和Watson-Crick碱基对的相对平衡浓度.     

准确快速计算含多肽酰胺和核酸碱基的氢键复合物的氢键强度和氢键作用势能曲线

N-H···O=C、C-H···O=C、N-H···N和C-H···N等氢键作用是蛋白质a-螺旋结构、b-折叠结构和DNA双螺旋结构形成的主要因素,在生物分子识别、蛋白质复制以及遗传信息传递等过程中起重要作用。准确快速计算生物体系中存在的N-H···O=C、C-H···O=C、N-H···N和C-H···N等氢键作用强度以及氢键强度随分子几何结构(距离和角度)变化的势能曲线对正确模拟(从而正确认识和理解)蛋白质折叠机制和DNA双螺旋结构形成机制等生物过程意义重大,对设计合成具有特殊功能的生物分子材料有重要指导价值。本文主要介绍了近年来建立的偶极-偶极氢键作用模型及其在快速预测多肽-多肽分子间和核酸碱基-多肽分子间氢键作用强度和氢键作用势能曲线方面的应用。     

HCCO自由基与水分子氢键复合物的从头算研究

在MP2/aug-cc-pvdz水平下,对二体氢键复合物H2O…HCCO(Ⅰ)和HCCO…H2O(Ⅱ)以及三体氢键复合物(H2O)2…HCCO(Ⅲ),H2O…H2O…HCCO(Ⅳ)和H2O…HCCO…H2O(Ⅴ)的几何和相互作用能进行了计算.轨道分析表明Ⅲ中HCCO中的H(1),C(2)通过2个氢键与2个水分子形成了环...     

人工神经网络法预测核苷及核酸碱基的疏水分配系数

用人工神经网络方法预测核苷及核酸碱基一类化合物的ｌｇＰ值,预测精度显著优于ＢｌｇＰ法和ＡｌｇＰ法,根据预测结果讨论了分子内氢健及分子构象柔顺性对这类化合物疏水性的影响。     

核酸中碱基的氢键作用机理及电子特征理论研究

采用耦合簇量子化学方法 CCSD/aug-cc-pVDZ研究了嘧啶与嘌呤之间的相互作用,利用基函数叠加误差法(BSSE)消除相互作用能误差,并进行了几何结构优化;采用Gaussian 03程序包中的NBO程序分析了二阶稳定化能及自然键轨道.与此同时,应用约化密度函数(RDG)填色等值面图对体系进行了图形化分析,分析了氢键相互作用所在的空间位置和相对强度,以及氢键相互作用的性质,以进一步了解二者的相互作用.结果表明,嘧啶-嘌呤体系的相互作用属于闭合壳层静电相互作用.电子密度跃迁矩阵分析结果表明,激发区域主要集中在N原子和O原子处,涉及的空间广度很大,第一激发态主要涉及前线分子轨道,属于σ→π*或n→π*类型跃迁.     

水溶液中芘的荧光被核酸碱基猝灭的研究

众所周知,稠环芳烃是一类具有致癌性的物质.虽然对其致癌机理的认识尚未形成一致的看法,但一般都认为同稠环芳烃与DNA,蛋白质等生物活性物质的相互作用有关.因为致癌物后的致癌作用最终都是通过损伤细胞中的DNA而实现的.     

甘氨酸二肽分子酰胺-Ⅰ带光谱与结构相关性

系统探索了蛋白质二肽模型分子——甘氨酸二肽(GLYD)在气相与水溶液中的结构与光谱特性。从分子动力学轨迹中提取具有代表性结构的GLYD-D₂O聚集体的瞬态结构开展简正模式分析,获取了对蛋白质二级结构敏感的酰胺-Ⅰ带的振动光谱参数,建立起振动光谱与特征基团结构间的相关性。将溶剂作用以静电势场的形式投影至二肽分子骨架中,与酰胺-Ⅰ带在气/液相中的频率差相关联,并引入酰胺-Ⅰ带简正模式随二级结构变化的规律,将各个构象态可能存在的振动耦合包含在内,构建具有二级结构敏感性的静电频率转换图,实现溶液相中多肽骨架酰胺-Ⅰ带的快速准确预测。     

含核酸碱基的双亲聚合物纳米球的制备及性能

设计并合成了含有核酸碱基腺嘌呤的双亲聚合物, 聚[聚乙二醇600-5-氧-(6-腺嘌呤代己烷基)-异酞酸酯](PPEAHI), 研究了其在水溶液中的自组织行为, SEM观测了该聚合物在水溶液中的聚集形态, 表明PPEAHI在水溶液中自组织成纳米球. 将纳米球水溶液冻干后, 用FTIR研究了PPEAHI聚合物上的腺嘌呤与底物胸腺嘧啶间的相互作用, 结果表明受体与底物的互补基团间形成了氢键, 发生了分子识别, 并用变温红外光谱进一步证实了氢键的形成.     

Molecular Recognition of Nucleic Acid Bases in Water by Hydrogen Bonding of Poly(vinyldiaminotriazine)

Poly(2-vinyl-4,6-diamino-1,3,5-triazine) efficiently binds nucleic acid bases and nucleosides in water by using complementary hydrogen bonding. The binding activity decreases in the order: U, T > A C, G. The corresponding monomer shows virtually no activity, indicating a predominant role of polymer effect for the molecular recognition in water.     

Incorporation of Pseudo‐complementary Bases 2,6‐Diaminopurine and 2‐Thiouracil into Serinol Nucleic Acid (SNA) to Promote SNA/RNA Hybridization

Serinol nucleic acid (SNA) is a promising candidate for nucleic acid‐based molecular probes and drugs due to its high affinity for RNA. Our previous work revealed that incorporation of 2,6‐diaminpurine (D), which can form three hydrogen bonds with uracil, into SNA increases the melting temperature of SNA‐RNA duplexes. However, D incorporation into short self‐complementary regions of SNA promoted self‐dimerization and hindered hybridization with RNA. Here we synthesized a SNA monomer of 2‐thiouracil (sU), which was expected to inhibit base pairing with D by steric hindrance between sulfur and the amino group. To prepare the SNA containing D and sU in high yield, we customized the protecting groups on D and sU monomers that can be readily deprotected under acidic conditions. Incorporation of D and sU into SNA facilitated stable duplex formation with target RNA by suppressing the self‐hybridization of SNA and increasing the stability of the heteroduplex of SNA and its complementary RNA. Our results have important implications for the development of SNA‐based probes and nucleic acid drugs.     

核酸四碱基体的量子化学计算方法比较

对9种四碱基体进行了6种半经验方法和HF/STO-3G的计算,结果表明PM3方法对四碱基体体系的计算比较适宜,其结果与从头算结果接近,而且大大缩短了计算时间。计算还说明,四碱基体极有可能是通过碱基对形成。由稳定能的顺序看,除已报道的3种四碱基体G4、G·C·G·C和U4外,一种新的G·C·G·C四碱基体也有稳定存在的可能。     

核酸水解产物嘌呤、嘧啶碱基在BDS柱上的分离及测定

 用高效液相色谱法测定了核酸水解的中间产物及最终产物 6种嘌呤、嘧啶碱基 ,探讨了色谱柱、流动相等对其分离的影响 ,确定了最佳色谱条件为 :HypersilBDS C18柱 ,乙腈 0 1mol/LKH2 PO4 (H3 PO4 调节 pH至4 0 5 ) (体积比为 2∶98)作流动相 ,紫外检测器在 2 6 0nm波长下检测。方法的精密度在 3%以内 ,回收率在 82 %～ 114%。方法应用于酵母核酸样品的测定中 ,取得了很好的结果。     

错配核酸的研究进展

本文通过介绍多种错配核酸的结构及其热力学性质，详细地描述了非Watson-Crick配对核酸的最新进展。这方面的研究有利于阐明生物体内错配核酸的识别修复机理及核酸二级结构的预测，并为合理设计新的人工核酸修复酶提供了理论基础。     

Electronic Structures and Spectra of the Bases and Base Pairs of Nucleic Acids

The present paper covers electronic structures and spectra of the bases and the base pairs of nucleic acids calculated by using the INDO/S method. For free bases we give the energy levels of ground states and transition energies of low-lying excited states and discuss the band characters. The results indicate that the calculated spectra are in good agreement with experimental values. On the other hand, our calculations for A-T and G-C pairs are very beneficial to understanding hydrogen bond properties of these pairs.