尿嘧啶、水合尿嘧啶結(jié)構(gòu)及振動(dòng)性質(zhì)研究.pdf

1、在21世紀(jì)，離子輻照育種、質(zhì)子和重離子治癌是科學(xué)的前沿。同時(shí)，宇宙中的太空輻照、醫(yī)療和環(huán)境中的輻照、離子輻照導(dǎo)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(xì)胞水平上研究生物體的電離輻射損傷是輻射生物學(xué)與放射醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)，是涉及原子核物理、生物、化學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科交叉的一個(gè)重要的前沿領(lǐng)域。核酸的分子生物學(xué)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(shí)驗(yàn)的發(fā)展，該領(lǐng)域已經(jīng)成為分子生物學(xué)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(xué)和放射醫(yī)學(xué)中，DNA和RNA是電離輻射引致細(xì)胞殺傷或轉(zhuǎn)化的主要靶分子。射線作用于機(jī)體，從開始照射到出現(xiàn)生物學(xué)效應(yīng)(癌變等)是一個(gè)及其復(fù)雜的過程，對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響比較復(fù)雜，輻射產(chǎn)物也是多種多樣的。對(duì)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(xué)性質(zhì)，對(duì)于更好的研究DNA和RNA的輻照損傷有十分重要的意義。

3、 對(duì)分子振動(dòng)光譜的研究是研究分子性質(zhì)的一個(gè)重要的工具。用譜學(xué)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(duì)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(shí)驗(yàn)中普遍采用紅外光譜和拉曼光譜兩種方法，由于實(shí)驗(yàn)研究中標(biāo)記多原子分子特別是生物大分子的實(shí)驗(yàn)譜十分困難，通過理論計(jì)算給出其振動(dòng)譜，對(duì)理解實(shí)驗(yàn)測(cè)量譜和預(yù)言新的譜有重要意義。在理論計(jì)算方面主要包括較為精確的量子化學(xué)計(jì)算和經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)方法，其中量化計(jì)算包括半經(jīng)驗(yàn)方法和從頭計(jì)

4、算方法，比如HF和DFT方法。但是對(duì)原子數(shù)目較多的生物分子，用量子化學(xué)方法的計(jì)算量十分驚人，從頭計(jì)算中需要引入標(biāo)度因子會(huì)增加計(jì)算結(jié)果的不確定性，而用半經(jīng)驗(yàn)勢(shì)分子動(dòng)力學(xué)，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(dòng)譜和性質(zhì)的方法。 分子動(dòng)力學(xué)在生物分子研究上的應(yīng)用范圍越來越廣，許多研究表明用分子動(dòng)力學(xué)方法研究生物大分子是可行的。但所有的這些計(jì)算中并未給出分子的振動(dòng)模式和頻率，因此我們采用半經(jīng)驗(yàn)勢(shì)分子動(dòng)力學(xué)方法

5、研究了尿嘧啶分子的振動(dòng)性質(zhì)。通過計(jì)算尿嘧啶分子的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)軌跡的速度自關(guān)聯(lián)函數(shù)的傅立葉變換，計(jì)算了其振動(dòng)頻率，給出振動(dòng)譜范圍是126cm-1到3370cm-1；通過求解Hessian矩陣方法，鑒別出每一個(gè)振動(dòng)頻率的振動(dòng)模式，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合，并對(duì)目前實(shí)驗(yàn)還未能給出的振動(dòng)模式和頻率做了自洽補(bǔ)充，完整的給出了尿嘧啶分子振動(dòng)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(duì)它們對(duì)影響是不可忽視的，因此我們用半經(jīng)驗(yàn)分子動(dòng)力學(xué)