核苷酸的多組分前生物組裝理論研究.pdf

1、核苷酸是 DNA/RNA的基本組成單位,具有重要的生物化學(xué)功能,其參與了生物體內(nèi)幾乎所有的生物化學(xué)反應(yīng),因此,研究核苷酸的前生物合成對于揭示生命的化學(xué)起源,進而從分子層面上深入了解生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)具有重要的科學(xué)意義。本論文利用計算化學(xué)方法,系統(tǒng)地研究多組分組裝核苷酸的反應(yīng)機理,揭示自組裝過程的優(yōu)先選擇性和反應(yīng)的源動力問題,闡明反應(yīng)的區(qū)域選擇性、立體選擇性、非對映選擇性的控制因素,進而從微觀層面上揭示核苷酸的前生物組裝的化學(xué)本質(zhì)。本論文

2、的主要研究結(jié)果如下:
　　我們用密度泛函理論計算研究了脫氧核糖核苷酸的前驅(qū)體C5-噻唑啉的前生物組裝的機理,提出了兩條可行的反應(yīng)路徑:C-C鍵的加成和環(huán)化同時進行的協(xié)同反應(yīng)路徑、親核加成和環(huán)化過程分步進行的路徑。計算結(jié)果表明該反應(yīng)更趨向于沿著分步的親核加成和環(huán)化過程路徑進行。在每一條反應(yīng)路徑中,根據(jù)產(chǎn)物具有不同的非對映體,又對四種不同的反應(yīng)通道進行了詳細的研究。結(jié)果表明C-C鍵的形成步驟為該反應(yīng)的決速步驟,并且噻唑加成到亞胺的Si

3、面比加成到Re面更為有利。除此之外,我們對非對映選擇性的化學(xué)本質(zhì)也進行了研究,結(jié)果表明,分子內(nèi)氫鍵和空間位阻在控制非對映選擇性方面起著非常重要的作用。通過詳細的理論計算,不僅成功地解釋了實驗現(xiàn)象,而且也從微觀化學(xué)的角度闡明了多組分組裝的優(yōu)先選擇性以及非對映選擇性等的化學(xué)本質(zhì),除此之外,本文所進行的理論研究可以為其它核苷酸的前生物組裝提供一定的理論指導(dǎo)。
　　在前述脫氧核糖核苷酸前驅(qū)體合成的基礎(chǔ)上,我們又對核糖核苷酸的多組分組裝的理

4、論機制進行了詳細的研究,該組裝過程主要由嘌呤核苷酸前驅(qū)體C5-惡唑啉的合成、氰基乙烯化、胞嘧啶分離和磷酸化所組成。C5-惡唑啉的形成經(jīng)過親核加成和關(guān)環(huán)兩個步驟,并且在關(guān)環(huán)過程中,又產(chǎn)生競爭性的五元環(huán)反應(yīng)路徑和六元環(huán)反應(yīng)路徑。計算表明,親核加成過程為反應(yīng)的決速步驟,同時也是控制非對映立體選擇性的關(guān)鍵步驟,并且木式和來蘇式產(chǎn)物的生成在能量上更為有利,與實驗所報道的主要產(chǎn)物相符。另外,空間位阻對非對映立體異構(gòu)產(chǎn)物的形成也起了一定的影響,并且在