论文部分内容阅读
钌多吡啶类配合物与DNA相互作用已有大量的实验和理论研究，但由于计算条件的限制，对配合物—DNA超分子模型的完全的量子化学计算尚未可能，现时对这方面的理论研究仍处于单体分开的量子化学研究，或者作为整体的分子力学模拟研究。因此，基于现时的计算条件，选择合适的模型与计算方法，对这类配合物与DNA序列的作用规律和作用机理研究无疑是一项很有意义的前沿理论研究工作。
本文选用[Ru(phen)2(dppz)]2+为分子探针，模拟了[Ru(phen)2(dppz)]2+与错配DNA(十个碱基对模型)的整体模型，用分子力学(MM2)、量子化学(DFT)和分子对接(Docking)相结合的方法研究其与错配DNA的作用规律。探讨了[Ru(phen)2(dppz)]2+分子探针对错配DNA的大小沟插入选择性、碱基对识别规律、各个碱基对位点的结合能量以及作用构象。在[Ru(phen)2(dppz)]2+分子探针特异识别的碱基对位点上研究手性△，∧—[Ru(bpy)2L]2+[L=o—hpip，m—hpip，p—hphp]的大小沟插入选择性、结合能量和作用构象，并进一步研究该系列配合物的手性异构、取代基的不同位置和分子内氢键对错配DNA键合性质的影响。计算结果能较好地解释[Ru(phen)2(dppz)]2+分子探针、△，∧—[Ru(bpy)2L]2+[L=o—hpip，m—hpip，p—hphp]系列配合物与错配DNA的键合规律、解释该类配合物与错配DNA作用有关的主要实验现象，为生物活性配合物的分子设计、合成、配合物与DNA的作用机理分析，以及在DNA介质中配合物间的电子传递及其效应的研究等提供理论化学基础。所得结论如下：
1.[Ru(phen)2(dppz)]2+以插入方式键合到DNA碱基序列时，在错配的碱基对中插入后体系的能量显著低于插入前的能量；而在正常配对的A5T5/T6A6位点，插入后体系的能量比插入前的能量高。这说明[Ru(phen)2(dppz)]2+能插入到DNA的错配碱基对中，而不能插入到正常配对的碱基对中。
2.当[Ru(phen)2(dppz)]2+以插入方式键合到DNA各个错配的碱基对中时，在错配的A4G4/A5T5位点的结合能比其他位点的结合能大，这表明[Ru(phen)2(dppz)]2+优先识别A4G4/A5T5错配碱基对。在错配的A4G4/A5T5位点，[Ru(phen)2(dppz)]2+从小沟方向插入的能量比从大沟插入的能量低约190Kcal/mol，表明[Ru(phen)2(dppz)]2+在该位点应优先从小沟方向插入。
3.分析键合构象后发现，[Ru(phen)2(dppz)]2+的主配体dppz插入到各个位点的相邻两对碱基对中间，且基本与碱基对平行，而两个辅助配体位于碱基对外。整个DNA骨架由于主配体dppz的插入而伸长，碱基对间的距离增大为原来的约两倍。
4.Docking计算的结合能与DFT计算结果相吻合，而且对接结果的构象也和分子力学建模优化后得到的构象基本一致，很好地印证了模型的可靠性。
5.在分子探针特异性识别的错配DNA的A4G4/A5T5位点，通过分子力学、量子化学和分子对接相结合的方法，研究△，∧—[Ru(bpy)2L]2+[L=o—hpip，m—hpip，p—hphp]与错配DNA键合的规律性，发现上述具有手性异构的六个配合物均能以插入的方式键合到错配DNA的A4G4/A5T5位点中。
6.DFT精确能量计算结果表明，△，∧—[Ru(bpy)2L]2+[L=o—hpip，m—hpip，p—hphp]系列配合物与错配DNA作用的键合能倾向为：Ebinding(△—[Ru(bpy)2(o—hpip)]2+)> Ebinding(△—[Ru(bpy)2(m—hpip)]2+)>Ebinding(△—[Ru(bpy)2(p—hpip)]2+)；Ebinding(∧—[Ru(bpy)2(o—hpip)]2+)> Einding(∧—[Ru(bpy)2(m—hpip)]2+)>Ebinding(∧—[Ru(bpy)2(p—hpip)]2+)
该理论计算结果和实验所得到的键合常数相吻合。在△，∧—[Ru(bpy)2(o—hpip)]2+在主配体o—hpip中，分子内氢健作用扩大了配体的平面性，更有利于与DNA碱基之间的π—π作用，因而△，∧—[Ru(bpy)2(o—hpip)]2+与DNA的键合作用强度最大。
7.△，∧—[Ru(bpy)2L]2+[L=o—hpip，m—hpip，p—hphp]的每一个异构体分别从大、小沟插入到A4G4/A5T5位点时，从小沟插入的键合能均比从大沟插入的大100Kcal/mol以上，说明该系列配合物具有明显小沟选择性。
8.比较△，∧—[Ru(bpy)2L]2+[L=o—hpip，m—hpip，p—hphp]系列配合物同从小沟方向插入的键合能发现，左旋异构体比右旋异构体的键合能的大；同在大沟方向插入时，右旋异构体比左旋异构体的键合能的大。由于错配DNA的磷酸骨架在A4G4/A5T5位点的小沟方向形成一个拱门状的弯曲，其凹陷部位正好与左旋∧—[Ru(bpy)2L]2+的两个bpy辅助配体空间上吻合，所以在A4G4/A5T5位点的小沟方向键合时，表现出左旋手性选择性。而从大沟插入到A4G4/A5T5位点时，磷酸骨架螺旋方向正好和右旋△—[Ru(bpy)2L]2+系列配合物相吻合，空间位阻较小，所以在A4G4/A5T5位点的大沟方向键合时，表现出右旋手性选择性。
9.分子对接结果表明，△，∧—[Ru(bpy)2L]2+[L=o—hpip，m—hpip，p—hphp]六个配合物均能从小沟方向自动对接到错配DNA的A4G4/A5T5位点。而从大沟方向自动对接到错配DNA的A4G4/A5T5位点存在一定困难，分子对接的结果进一步支持了该系列配合物优先从小沟方向键合到错配DNA的A4G4/A5T5位点。