氨基酸侧链与氧化鸟嘌呤碱基对体系的氢键作用

应用量子化学方法,分别在气相和水溶液中对氨基酸侧链与氧化鸟嘌呤碱基对(8-oxo-G∶C)形成的三体复合物的氢键键能、几何结构、电荷分布及二阶稳定化能进行了研究.结果表明,水溶液的存在削弱了复合物中的氢键强度,电荷分布变化明显,水溶液中形成氢键位点的电荷变化量约为气相中的10倍,而几何结构变化不明显、对于酶与DNA之间的相互作用的研究需在水溶液中进行.水溶液对带电三体复合物中8-oxo-G∶C与氨基酸侧链间的氢键有较大影响,键能平均减小了69.23 k J/mol,不带电复合物仅减小了3.60k J/mol.水溶液中三体复合物中8-oxo-G∶C间的氢键受侧链的影响不大,且与侧链带电与否无关,带电复合物和不带电复合物的氢键强度分别减小了24.57和30.05 k J/mol,且二阶稳定化能越大,其对应的氢键键长越短.

Fapy-G对碱基氢键复合物影响的理论研究

应用量子化学方法对2，6-二氨基4-羟基-5．甲酰胺嘧啶（Fapy-G）与正常碱基作用形成的20种氧化碱基对的多种性质进行了理论分析，碱基G的c8位被氧化后N7和N9位分别增加一个H原子，使其由氢键受体变成氢键供体，N7，N9及06原子所带的电荷变负，同时06作为氢键受体的能力增强．与碱基单体相比，碱基对中形成氢键的受体原子所带的电荷平均减小0．05e；供体H原子所带的电荷平均增大0．02e．Fapy—G分子中六元环上受体N原子参与形成氢键时，环的呼吸振动模式和N与对位C的振动模式的振动频率蓝移；与氢键相关的振动频率红移．所有氧化碱基对中，NH…N比NH…O氢键作用更强，且在NH…N氢键中，在六元环上的供体N原子形成的氢键比在氨基或开环上的供体N原子形成的氢键强．Fapy—G与碱基A作用结合能区域顺序为1〉2〉4〉3，与碱基T（R）作用区域顺序为3=4〉1〉2；水溶液使Fapy—G与碱基C作用的结合能减弱程度最大，结合能达到41．84—58．58kJ／mol，且使碱基对结合能力次序发生改变．

7,8-二氢-8-氧鸟嘌呤碱基对的量子化学研究

遗传信息的完整性不断受氧化基因的威胁,7,8-二氢-8-氧鸟嘌呤(8-oxo-G)是氧化DNA损伤最常见的产物.氧化碱基会引起基因突变、癌变及衰老等.应用量子化学方法分析得出:鸟嘌呤(G)被氧化为8-oxo-G后,其电荷分布、氢键的供体和受体位点的数目和位置随之改变,N7和O6原子所带的电荷变得更负,使得它们作为氢键供体的能力增强.从而G被误认为其他碱基,与正常碱基形成多种氢键复合物.可将8-oxo-G划分为3个作用位点与正常碱基相互作用.与正常的单体相比,碱基对中形成氢键的受体原子上所带电荷平均变负0.05e,占原电荷的8%;供体H原子所带电荷平均变正0.02e,占原电荷的4%.1位点与正常碱基作用形成的氢键复合物更稳定,2位点和3位点性质相似,水溶剂使碱基对的结合能力减弱,其中与C作用形成氢键复合物的结合能减弱程度最大,且使碱基对结合能力的次序改变.在8-oxo-G导致的GC→TA突变中,亲核反应位点从G所在链转到A(C)所在链,影响酶对碱基的识别,从而产生基因突变.