尿嘧啶、水合尿嘧啶結(jié)構(gòu)及振動性質(zhì)研究.pdf

1、在21世紀，離子輻照育種、質(zhì)子和重離子治癌是科學的前沿。同時，宇宙中的太空輻照、醫(yī)療和環(huán)境中的輻照、離子輻照導致生物新品種的產(chǎn)生越來越受到人們的廣泛關(guān)注。在理論上，從分子和細胞水平上研究生物體的電離輻射損傷是輻射生物學與放射醫(yī)學的基礎，是涉及原子核物理、生物、化學和醫(yī)學等學科交叉的一個重要的前沿領(lǐng)域。核酸的分子生物學主要研究核酸的結(jié)構(gòu)及其功能。近幾十年來，由于理論和實驗的發(fā)展，該領(lǐng)域已經(jīng)成為分子生物學內(nèi)容中最豐富的領(lǐng)域。脫氧核苷酸和核苷

2、酸分別是DNA和RNA分子的重要組成部分。在輻射生物學和放射醫(yī)學中，DNA和RNA是電離輻射引致細胞殺傷或轉(zhuǎn)化的主要靶分子。射線作用于機體，從開始照射到出現(xiàn)生物學效應(癌變等)是一個及其復雜的過程，對其結(jié)構(gòu)的影響比較復雜，輻射產(chǎn)物也是多種多樣的。對DNA、RNA的損傷可影響其某一組成單元，但只有核酸堿基的丟失或者改變才具有遺傳后果。因此，研究清楚輻射前后的核酸堿基的物理化學性質(zhì)，對于更好的研究DNA和RNA的輻照損傷有十分重要的意義。

3、 對分子振動光譜的研究是研究分子性質(zhì)的一個重要的工具。用譜學方法研究孤立或周圍環(huán)境穩(wěn)定的生物大分子如核酸堿基等，對澄清這些生物大分子在生物體中的功能有重要意義。目前實驗中普遍采用紅外光譜和拉曼光譜兩種方法，由于實驗研究中標記多原子分子特別是生物大分子的實驗譜十分困難，通過理論計算給出其振動譜，對理解實驗測量譜和預言新的譜有重要意義。在理論計算方面主要包括較為精確的量子化學計算和經(jīng)典分子動力學方法，其中量化計算包括半經(jīng)驗方法和從頭計

4、算方法，比如HF和DFT方法。但是對原子數(shù)目較多的生物分子，用量子化學方法的計算量十分驚人，從頭計算中需要引入標度因子會增加計算結(jié)果的不確定性，而用半經(jīng)驗勢分子動力學，可以克服以上模型的不足之處，從而成為可靠且有效的研究生物大分子振動譜和性質(zhì)的方法。 分子動力學在生物分子研究上的應用范圍越來越廣，許多研究表明用分子動力學方法研究生物大分子是可行的。但所有的這些計算中并未給出分子的振動模式和頻率，因此我們采用半經(jīng)驗勢分子動力學方法

5、研究了尿嘧啶分子的振動性質(zhì)。通過計算尿嘧啶分子的動力學運動軌跡的速度自關(guān)聯(lián)函數(shù)的傅立葉變換，計算了其振動頻率，給出振動譜范圍是126cm-1到3370cm-1；通過求解Hessian矩陣方法，鑒別出每一個振動頻率的振動模式，計算結(jié)果與現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)符合，并對目前實驗還未能給出的振動模式和頻率做了自洽補充，完整的給出了尿嘧啶分子振動模式和頻率；考慮生物分子都是處在一定的液態(tài)生物環(huán)境中，氫鍵對它們對影響是不可忽視的，因此我們用半經(jīng)驗分子動力學