摘要
探索修复酶修复氧化DNA的微观机制是目前的研究热点。本文采用高水平的量子化学方法对碱基或碱基对与氨基酸残基相互作用体系进行计算，并以此为基础发展了适用于碱基对与氨基酸残基相互作用体系的ABEEMσπ极化力场。成果如下： 1. ABEEMσπ极化力场及参数调节 为合理描述碱基对与氨基酸残基氢键复合物间复杂的氢键作用，本文重新定义了氧化鸟嘌呤中部分原子标号，采用线性回归和最小二乘法拟合电荷参数χ*、η*、kHB。重新拟合二面角和非共面二面角参数，成功维持了碱基平面的平整，使ABEEMσπ极化力场的模拟结果接近真实生物分子体系。 2.碱基与氨基酸残基相互作用的量子化学研究 含Cys残基结构中形成氢键原子与碱基不在同一平面，且硫原子电负性小，与碱基作用范围小，复合物氢键作用最弱，平均氢键能7.18 kcal/mol。含Ser残基结构形成氢键原子处于同一平面，但与碱基作用范围较小，Asn残基与碱基作用范围较大，这两类结构氢键能(平均10.81 kcal/mol、15.21 kcal/mol)大于含硫结构。含带电残基Arg结构受到静电相互作用影响，体系氢键能(平均26.55 kcal/mol)明显大于不带电结构。复合物中受体原子电荷较单体平均变负0.0419e，H原子电荷较单体平均变正0.0241e。 3. ABEEMσπ极化力场应用于碱基对与氨基酸残基相互作用体系 ABEEMσπ极化力场明确给出了孤对电子的位置和电荷，并应用kHB拟合氢键区域特殊静电相互作用，故可更精确模拟体系极化效应和电荷转移，且体系几何结构和氢键结构维持很好。ABEEMσπ极化力场模拟的受电荷转移影响的碱基对与氨基酸残基间氢键能与QM的AAD为0.92 kcal/mol，而FFF模拟结果趋于直线，且AMBER OL15的AAD(7.75 kcal/mol)约为QM下体系平均能量的30%。对于带电和含硫体系，经OPLS/AA和AMBER OL15优化后氨基酸残基位置明显改变，原有氢键消失，且发生甲基旋转和碱基对平面弯曲情况。 4.水溶液对8-oxo-G:C碱基对-氨基酸残基体系相互作用影响的量子化学研究 水溶液的存在使氢键相互作用被减弱，与气相相比，带电结构碱基对与氨基酸残基间氢键能平均减小60%，不带电结构平均减小12%。气相下原子电荷变化量约为水溶液中变化量的10倍。三体结构中碱基对与氨基酸残基间氢键二阶稳定化能相对于孤立8-oxo-G:C，气相下约降低4.00 kcal/mol，水溶液中约降低2.00 kcal/mol。
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