文档介绍：广西师范大学
硕士学位论文
DNA分子中碱基***化及羟基化损伤的理论研究
姓名:戴晓红
申请学位级别:硕士
专业:无机化学
指导教师:侯若冰
20080501
广西师范大学硕士学位论文
DNA 分子中碱基***化及羟基化损伤的理论研究

〇五级无机化学专业研究生戴晓红

研究方向物理无机化学

导师侯若冰副教授

摘要
第一部分

DNA ***化对生物体的生理过程有非常重要的作用。目前,医学研究认
为各种癌症、肿瘤的发生和 DNA 高***化有密切的关系,致病的主要原因是
高***化常导致基因沉寂,使抑癌基因、DNA 恢复基因功能丧失。
DNA ***化反应可以通过两种途径发生,一种是内生反应,即***化试
剂来源于生物体内的代谢产物;另一种是外界原因造成的,也称为外生***
化作用。外生的***化作用是 DNA 突变的主要因素。DNA 的***化效应对
基因功能不利的一面是因损伤 DNA 分子而导致基因功能受到抑制。本研究的
主要目的就是了解 DNA ***化的损伤效应。
本文用于研究 DNA ***化损伤效应的计算模型是碱基鸟嘌呤 O6 位发生
***化后的 dG·dC 碱基对(O6-MedG·dC),所有计算都使用 Gaussain03 程序
在 B3LYP/DZP++水平上完成。研究的主要结论是:
(1)理论上证明了实验的结果,即,O6-MedG·dC 在酸性环境中确实发生
了碱基对的构象改变。当胞嘧啶被质子化时,O6-MedG·dC 是非平面构象;当
鸟嘌呤被质子化时,O6-MedG·dC 是平面构象。这两种构象改变了碱基对间氢
键的成键方式。
(2)鸟嘌呤分子的键长、键角以及 NBO 电荷、分子轨道的性质都受到了
***基团影响,其中变化较大的是离***较近的原子的结构参数。
(3)鸟嘌呤 O6 位的***化明显改变了碱基对间结合作用的强度。在
O6-MedG·dC 中只有两个氢键,碱基对间的结合作用比 dG·dC 间的弱;而在质
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子化的 O6-MedG·dC 的平面构象和非平面构象中各有三个氢键,碱基对间的结
合作用比 dG·dC 间的强。

第二部分

羟基自由基(·OH)可以和 DNA 中的所有碱基反应,生成的多种产物,
而且·OH 能对任一碱基分子的几个位点发起进攻,每种产物的数量也会因环
境的不同而改变,造成 DNA 不同程度的损伤。目前,实验上已证实羟基自由
基能够和 DNA 的胸腺嘧啶碱基反应,形成胸腺嘧啶的羟基加合物。为了解
DNA 损伤反应中各活性位点的性质,我们采用 B3LYP/DZP++计算方法研究
了 2’-脱氧胸苷-5’-磷酸上胸腺嘧啶环的八种羟基加合物的结构与性质。结果表
明:
(1)理论上预测胸腺嘧啶脱氧核苷酸的八种羟基加合物的稳定性顺序
是:C6-OH-dTMP' < C6-OH-dTMP < C5-OH-dTMP' < C5-OH-dTMP <
C4-OH-dTMP<C4-OH-dTMP';而 C2-OH-dTMP'加合物和 C2-OH-dTMP 加合
物的稳定性是 C2-OH-dTMP>C2-OH-dTMP'。
(2)在八种胸腺嘧啶的羟基化产物中,分子的 NBO 电荷在羟基化前后
发生了重新分布,电荷量变化最大的原子是 C6,而碱基上带有最多负电荷原
子是 N3 。
(3)在 C2 的加成产物中,胸腺嘧啶环断裂,这说明胸腺嘧啶的 C2 位的
羟基加成能够造成 DNA 分子的严重损伤。
(4)自旋密度的计算结果表明所有的羟基加成产物兼具有氧化性和还原
性的活性位点,这些活性位点分布在碱基的有关原子上。
(5)分子轨道分析表明碱基上的原子对羟基加合物的最高占有分子轨道
贡献直接关联,显示碱基仍是胸腺嘧啶脱氧核苷酸羟基化后进一步损伤的主
要反应位点。

关键词: DNA ***化;鸟嘌呤胞嘧啶碱基对;2’-脱氧胸苷-5’-磷酸;胸腺
嘧啶;羟基自由基;理论计算

II
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Theoretical Studies on the Base Damage of Methylation and
Hydroxylation in DNA

Grade 2005Graduate Student in anic Chemistry Dai xiao-hong
Research Specialty Physical anic Chemistry
Advisor Ho