溶液中Zn^(2+)与腺嘌呤异构体间相互作用的理论研究

用B3LYP/6-311++G**方法和PCM及Onsager模型研究了Zn2+与腺嘌呤异构体在溶液中的11种较为稳定配合物.结果显示,这些配合物在溶液中的稳定性顺序与气相中明显不同,其结合位点表现出如下的规律性,在亚氨基类配合物中,Zn2+与腺嘌呤的N7、N6位结合比与N1、N6位结合形成的配合物更稳定;氨基类配合物中,Zn2+以"双齿"形式与腺嘌呤异构体上的氮结合时的优先顺序为(N3和N9)>(N7和N6)>(N1和N6).研究表明,不论气相还是溶液相,孤立的腺嘌呤分子内的质子转移较困难,结合Zn2+后也不能明显降低关键步骤的活化能;结合Cu2+却能明显地降低气相中关键步骤的活化能,但溶剂效应却不利于Cu2+引发腺嘌呤分子内的质子转移.

氮的三原子化合物的从头算及密度泛函研究

在 6- 311+G 基组水平上 ,对氮的三原子化合物N3- 、N3、N3+,用MP2及六种密度泛涵方法进行了研究。结果表明 ,对于已知结构的化合物的计算结果与实验测定值非常吻合 ,对实验上未知的化合物分子的稳定几何构型及其有关参数进行了新的探讨和补充 ,同时比较了N3- 、N3、N3+间相对稳定性和几何性质 ,并讨论了几种不同方法对该化合物系列诸性质参数的影响 ,结合MO理论及成键能的计算结果进行了成键分析。

黄金规则用于N_3^-+ N_3体系电子转移的研究

基于 B3P86/6-311＋ G*优化的 N_3与 N_3~－分子几何 ,确定了 N_3＋ N_3~_基态电子转移体系的六种不同的耦合机理 ,及各种形式耦合络合物的几何性质、活化能、稳定化能、耦合矩阵元和态密度 ,并利用黄金规则计算了电子转移速率 ,讨论了各耦合方式对电子转移速率的影响 .

复合掺杂改性的尖晶石LiMn_(1.98)Cr_(0.02)O_(4-y)Cl_y的研究

采用改进的高温固相法合成了阴阳离子复合掺杂改性的锂离子电池尖晶石结构正极材料LiMn1.98Cr0.02O4-yC ly(y=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.10).采用X射线衍射手段对材料的晶体结构进行了表征.从材料的晶体结构、充放电容量、循环性能和倍率放电特性等方面分析了复合掺杂在稳定晶体结构和改善材料电化学性能方面的作用.实验结果表明,由于复合掺杂的综合作用,改性后的材料既保持了高的初始容量,又具有优良的循环性能,倍率放电性能也得到了有效的改善.其中LiMn1.98Cr0.02O3.96Cl0.04的综合性能最优,初始放电比容量达到127 mA.h/g以上,循环50次后仍有110 mA.h/g的放电比容量.

金属离子(Na^+、K^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+))与鸟嘌呤异构体配合物的稳定性

在B3LYP/6-311++G**水平上用极化连续介质模型(PCM)系统研究了金属离子(M+/2+=Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Zn2+)和十三种鸟嘌呤异构体形成的配合物GnxM+/2+(n为鸟嘌呤异构体的编号,x表示M+/2+与鸟嘌呤异构体的结合位点)在气(g)液(a)两相中的稳定性顺序.着重探讨了液相中配合物的稳定性差异,并且从溶质-溶剂效应、结合能、形变能及异构体的相对能量等几个方面分析了造成稳定顺序发生变化的原因.报道了溶液中这五种金属离子与鸟嘌呤异构体结合形成的六种基态配合物:aG1N2,N3Na+,aG1N2,N3K+,aG1O6,N7Ca2+,aG1N2,N3Mg2+(aG1O6,N7Mg2+),aG2N3,N9Zn2+.可以看出,除了在Zn2+配合物中鸟嘌呤异构体为G2外,构成其余四种金属离子配合物的鸟嘌呤异构体都是G1,但结合位点不同.同时对气相中各类配合物稳定性也进行了系统的排序,并报道了几种较稳定的配合物,如:gG3N1,O6K+,gG5N1,O6K+,gG3N1,O6Ca2+/Mg2+,gG4O6,N7Ca2+/Mg2+.

DNA碱基(对)及其Zn^(2+)复合物对CO_2,N_2,H_2小分子的吸附

用M062X/6-31+G*方法探讨了腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)及其碱基对(AT,GC)以及Zn2+复合物(AAA-Zn2+,AAT-Zn2+和GGC-Zn2+)对混合小分子H2,N2,CO2的吸附情况,系统研究了其相互作用模式及吸附强度,预测了常见混合气体分子与碱基(对)及复合物的吸附位置.研究表明,CO2倾向于以氢键的形式结合到碱基(对)的氨基氢或亚氨基氢上,而N2和H2分子则倾向于结合到这些碱基(对)的平面π电子上,以堆垛的形式存在.根据吸附强度大小,预测了由这些碱基为骨架合成的金属有机骨架(MOF)吸附材料对小分子的选择性吸附顺序为H2<N2<CO2.研究表明,以AT对结合金属Zn2+为节点的纯天然碱基对构成的MOF要比实验合成的AA碱基对与Zn2+结合的MOF具备更好的吸附和分离性能.

质子化作用对Aβ_(1—16)单体结构特征和聚集机理的影响

利用副本交换分子动力学模拟研究了Aβ肽(β-Amyloid peptide)N末端部分Aβ1—16单体在pH为7.0,6.3及5.5水溶液状态下的结构特征以及聚集机理.通过建模确定了不同pH状态下Aβ1—16肽链的质子化位置(残基),通过模拟比较了不同酸性溶液状态下Aβ1—16单体的结构和能量变化.结果表明,在中性条件下,Aβ1—16单体保持自由卷曲结构,而在酸性状态下,其结构由最初的无序状态向有序状态转变,模拟过程中β-折叠结构会间歇性产生,预示着单体可以发生自聚集现象.本文所得结论,即酸性状态下的Aβ1—16单体质子化位及模拟过程中的结构变化,可用于酸性状态下金属离子与Aβ1—16可能的残基结合位及结合数量的有效预测和评估.

3种改性小分子对不同Aβ42纤维结构稳定性的影响机制研究

淀粉样蛋白(Aβ)的错误聚集是阿尔茨海默症(AD)的关键病理诱发因素,主要通过Aβ的自聚集和金属离子诱导聚集两种方式实现.实验结果表明,食用樱桃红(ER)、丹参酮(TS)、氯碘喹啉(CQ)在不同程度上都能起到抑制淀粉样蛋白聚集的作用,但其作用机制大不相同.将ER,TS和CQ分子结构进行两两重组,获得3种新的活性分子,使其兼具金属螯合、旋转键及N-末端区域(NR)结合的复合优势.结果发现,改性分子对不同Aβ42聚集体的作用各异.有的改性小分子对纤维起到解聚集的效果,而有的则增加纤维的稳定性;有的小分子对一种纤维结构起到解聚集的效果,而对另一种则起到稳定的作用.并发现尽管小分子的负电基团与同带负电的Aβ纤维有很强的排斥作用,但其对某些构型依然有解聚集的效果.

金属离子与腺嘌呤异构体复合物的稳定性

在B3LYP/6-311++G**//6-31+G*基组水平上,结合PCM模型系统优化了气相和液相环境中14种腺嘌呤异构体与4种金属离子(Na+,K+,Mg2+,Ca2+)形成的132个稳定复合物的结构.通过能量对比,得出了这些复合物在气液两相中的稳定性顺序及每种异构体与金属离子的最佳结合位置,给出了液相中这些不同金属离子复合物的最稳定结构.与气相相比,溶剂效应导致液相中复合物稳定性顺序发生了很大变化.从气相中的结合能(EBE)、液相中的溶质-溶剂相互作用能(Epol)和HOMO轨道的变化等方面进行了系统阐述.

质子化甘氨酸二聚物与水分子的相互作用

采用密度泛函方法(B3LYP),在6-31+G*基组水平上优化质子化的甘氨酸二聚物结合一分子水形成的所有复合物。比较这些复合物的相对能量,并计算了中性与两性复合物相互转化所需要的活化能。结果显示,当水分子结合在H2,H5,H6(左侧甘氨酸)上时,两性复合物要比中性复合物稳定。水分子结合到H5和H6位置时,GGH-cs构型的复合物很容易转化为GGH-zw构型的复合物。

pH对Aβ42小纤维的结构影响

为了从原子层面上理解pH对Aβ42小纤维结构的影响,采用分子动力学模拟方法,通过分析二级结构,每条链的β-sheet含量以及扭转角,研究pH 4.0~7.5范围内Aβ42三聚体和五聚体的结构以及性质变化。研究结果表明,在pH 4.0~7.5范围内,pH对三聚体和五聚体的二级结构没有明显的影响,但是对小纤维每条链的β-sheet的含量有影响;扭转角以及小纤维的生长都是由纤维的奇数端引发,回应了关于纤维生长机制的意见分歧。

胞嘧啶与金属离子Cu^(+/2+),Zn^2复合物的稳定性研究

用M06/6-31+G*方法和PCM(polarized continuum model)溶剂模型研究了CnCu+/2+和CnZn2+配合物在气液两相中的稳定性顺序,重点从溶剂效应和电荷分布等方面讨论分析了与生物环境相关的液相中各配合物的稳定性。结果表明,CnCu+受溶剂效应和电子转移的影响不大,气液两相中最稳定的配合物均为C1Cu+,后面的配合物稳定性顺序基本一致;CnCu2+在气相中最稳定的也是C1Cu2+,受溶剂效应和电子转移的影响(溶液中C4CuII+→C4CuII2+过程比C1Cu+→C1Cu2+进程有更多的电荷转移(0.14 vs 0.07)),液相中最稳定的配合物变为C4CuII2+。CnZn2+在气液两相中最稳定的配合物均为C1Zn2+,这与CnCu+最稳定的配合物规律一致,但后面的配合物稳定性顺序变化较大,其中稳定性顺序中排第二位和第三位的配合物由气相中的C7ZnI2+和C6ZnI2+变为液相中的C4ZnII2+和C5ZnI2+。C4MII+/2+和C5MI+/2+因结构对称且电荷分布相似,稳定性基本一致。

铜离子影响腺嘌呤内及其碱基对间质子转移的理论研究

在B3LYP/6-31+G*水平研究了结合在腺嘌呤N7位的铜离子对腺嘌呤内及AT、AU碱基对间质子转移反应的影响。气相中铜离子有利于腺嘌呤内的质子转移,其中Cu2+的作用比Cu+的更明显。单水合铜离子的静电作用被水部分屏蔽,这不利于腺嘌呤分子内的质子转移反应。当Cu+与腺嘌呤N7位结合,同时水分子协助质子转移时,腺嘌呤内的质子转移反应将很容易发生。另一方面,本研究按单质子分步转移对铜离子影响碱基对间质子转移设计了两条路径:腺嘌呤先质子化再去质子化(Path1)和腺嘌呤先去质子化再质子化(Path2)。分析各构型的相对能发现:①对Cu2+-AT(或Cu2+-AU)体系,Cu2+可以稳定碱基对间单质子转移后形成的离子碱基对构型,而且Cu2+导致各碱基酸性增加,有利于发生单质子转移;②对Cu2+-AT体系,单质子转移反应的主路径为Path2,然而该反应生成的离子碱基对可以很容易地生成Cu2+-AT,所以Cu2+-AT更趋向于不发生质子转移,与[AT]+体系相比,Cu2+-AT体系也不发生双质子转移;③对Cu2+-AU体系,单双质子转移的反应均能发生,但双质子转移的反应比单质子转移的困难。与[AU]+体系相比,单质子转移反应中两条路径存在竞争,双质子转移路径更趋向于Path2。