不同構(gòu)型DNA分子電荷輸運性質(zhì)的研究.pdf

1、脫氧核糖核酸(DNA)是復雜多樣的大分子體系，是生物體中儲存和傳遞遺傳信息的重要物質(zhì)和分子器件材料。DNA是由兩條多核苷酸鏈組成的，這兩條核苷酸鏈通過堿基的互補配對相互纏繞形成一種雙螺旋結(jié)構(gòu)。其中任何一條鏈都是由兩種嘌呤和兩種嘧啶組成，并且一個鏈上的嘌呤總是通過氫鍵與另一條鏈上的嘧啶相結(jié)合，而其配對的方式總是固定的，腺嘌呤A與胸腺嘧啶T配對，鳥嘌呤G與胞嘧啶C配對。
　　 對DNA分子導電性的研究已經(jīng)成為生物、物理、化學等學科以

2、及其交叉學科的研究熱點。電子工業(yè)的迅猛發(fā)展使得電子器件趨于小型化，在這種趨勢下，分子電子學應運而生。DNA分子由于其獨特的可識別性和自組裝性成為分子器件的候選材料之一。另外，近年來的研究發(fā)現(xiàn)DNA分子的電荷輸運性質(zhì)對認識生命運動的規(guī)律，基因的損傷與治療，信息的傳遞等許多方面都具有重要的意義。不論是在實驗上還是理論計算中，DNA分子的導電性都呈現(xiàn)出多樣性的結(jié)果，而電荷輸運機制目前尚不清楚，甚至有些結(jié)論是相互矛盾的。DNA分子的電荷輸運實驗

3、顯示DNA分子呈現(xiàn)出導體、半導體、絕緣體等豐富的電學性質(zhì)。所以如何從理論上解釋這一現(xiàn)象，弄清電荷在DNA中的傳輸機理，為利用DNA分子設計分子器件提供理論基礎，同時為DNA的突變和修復規(guī)律提供理論解釋，闡明DNA結(jié)構(gòu)中蘊藏的生命過程的各種信息，具有重要的科學意義。
　　 DNA分子是復雜的生物大分子，具有軟性，其電荷輸運容易受到內(nèi)部和外部多種因素的影響，其中分子構(gòu)型對DNA分子電荷輸運性質(zhì)的影響是本論文中重點研究的對象。三種具有

4、生物活性的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA分別為A-DNA，B-DNA，Z-DNA，其中B-DNA是最常見一種雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA，實驗表明，在不同的環(huán)境以及人為的作用下B-DNA有向A或Z-DNA轉(zhuǎn)變的趨勢，為了反映出分子構(gòu)型對DNA電荷輸運性質(zhì)的影響，我們采用DNA分子的三維緊束縛模型，通過傳遞矩陣方法計算了不同的DNA分子結(jié)構(gòu)對其輸運性質(zhì)的影響。具體內(nèi)容和主要結(jié)果如下：
　　 1.螺旋角對Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子輸

5、運性質(zhì)的影響
　　 在三維緊束縛單自由度模型下計算了螺旋角對DNA分子導電性的影響，發(fā)現(xiàn)：隨著螺旋角的增大，DNA分子電子態(tài)有擴展的趨勢，開啟電壓變小，在相同電壓下電流增大。
　　 2.堿基對平面傾角對Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子輸運性質(zhì)的影響
　　 首先計算了不同堿基對水平面傾角下Poly(dG)-Poly(dC)分子的I-V曲線和電導率，結(jié)果表明隨著傾角的增大，DNA分子的電導率先緩慢增大再迅

6、速減小。最后比較了A-DNA、B-DNA、Z-DNA分子的電荷輸運性質(zhì)，B-DNA分子導電性要好于其它構(gòu)型DNA分子，這點與實驗和理論分析相符。
　　 3.熱漲落對不同分子構(gòu)型Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子的輸運性質(zhì)的影響
　　 在三維緊束縛模型下，采用高斯分布模擬不同構(gòu)型分子結(jié)構(gòu)的熱漲落對Poly(dG)-Poly(dC)DNA分子電荷輸運性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)無論哪種構(gòu)型DNA分子，氫鍵鍵長熱漲落對分子中電荷