核酸自由基性質(zhì)和損傷機理的量子化學(xué)研究.pdf

1、核酸是生物體中遺傳物質(zhì)的分子載體，在生命過程中起著非常重要的作用。自由基和電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致生物體系核酸的斷鏈損傷，導(dǎo)致衰老、癌癥、心血管、神經(jīng)紊亂等多種疾病的發(fā)生。因此，深入細(xì)致地研究核酸及其自由基與損傷中間體的物化性質(zhì)、研究因自由基和電子轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)的DNA損傷與癌癥等疾病的關(guān)系，是當(dāng)前生物物理有機化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中最熱門的前沿課題之一。但由于實驗條件和研究對象的限制，采用量子理論化學(xué)方法研究核酸就顯得非常必要。 本

2、論文對核酸自由基、損傷中間體的物化性質(zhì)及損傷機理等進(jìn)行了深入的研究，本文的主要研究工作如下： 開發(fā)一個新的高精度組合從頭算方法(ONIOM-G383)，通過對179個有機化合物C-H，N-H，O-H鍵離解能的理論計算，發(fā)現(xiàn)ONIOM-G383方法可以準(zhǔn)確預(yù)測各類有機化合物的鍵解離能，精度達(dá)到1.4 kcal/mol。此方法為精確預(yù)測各種分子量較大的有機化合物及生命體系的化合物的鍵解離能值提供了可行性。 確定了生物體

3、系中存在較多的核苷和脫氧核苷的構(gòu)型，這是對核苷和脫氧核苷進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)；準(zhǔn)確預(yù)測了核苷和脫氧核苷糖環(huán)及堿基上的C-H和N-HBDE值，核酸作為生命科學(xué)中重要的一類化合物，給出全部精確可靠的鍵解離能值具有非常重要的意義；提出的合理的損傷機理幫助我們更好了解損傷與疾病的關(guān)系。 確定了DNA片段3’，5’-二磷酸脫氧核苷及其陰離子RNA片段中3’，5’-二磷酸核苷和-2價的3’，5’-二磷酸核苷陰離子的幾何構(gòu)型，研究討論了3’，

4、5’-位磷酸基團(tuán)和水溶液對糖環(huán)不同位置炭自由基相對穩(wěn)定性的影響，研究發(fā)現(xiàn)陰離子磷酸基團(tuán)(-OPO<,3>H<'->)是比OH基團(tuán)更好的自由基穩(wěn)定基團(tuán)，然而中性磷酸基團(tuán)(-OPO<,3>H<,2>)是比OH基團(tuán)更差的自由基穩(wěn)定基團(tuán)。另外發(fā)現(xiàn)磷酸基的存在顯著降低核苷C<,2>-H的BDE值，為奪氫反應(yīng)最易發(fā)生在糖環(huán)C2’-位的實驗現(xiàn)象提供了理論支持。 開發(fā)了一種新的理論方法準(zhǔn)確可靠地計算水相中DNA和RNA鏈在損傷過程產(chǎn)生的中性或

5、者自由基殘基化合物的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電動勢值，提供一套完整的DNA和RNA鏈損傷過程產(chǎn)生的中性或者自由基殘基化合物的水相中的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電動勢圖表，根據(jù)圖表，深入研究討論了生物體系內(nèi)因電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)導(dǎo)致的DNA和RNA鏈損傷的合理機理?？寡趸瘎┳鳛樽杂苫宄齽?，在抑制因自由基氧化引起的損傷過程中起至關(guān)重要的作用。通過高精度計算方法準(zhǔn)確預(yù)測了十類非常重要的抗氧化劑的鍵解離能值，研究了各類抗氧化劑的構(gòu)效關(guān)系和自由基作用機理，糾正了前人的一些誤解，