应用ABEEMσπ极化力场研究G-四链体水溶液下的结构及性质

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1、分类号：学校代码：１０１６５密级：学号２０１５１１０００７４６：連掌坪花大學硕士学位论文＿应用ＡＢＥＥＭπ极化力场研究Ｇ－四链体水溶液下的结构及性质作者姓名：赵婷婷学科、专业：物理化学研究方向：理论和计算化学及其应用导师姓名：宫利东教授２０１８年６月分类号：学校代码：10165密级：学号：201511000746硕士学位论文应用ABEEMσπ极化力场研究G-四链体水溶液下的结构及性质作者姓名：赵婷婷学科、专业：物理化学研究方向：理论和计算化学及其应用导师姓名：宫利东教授2018年6月辽宁师范大学硕士学位论文摘要人体端粒序列G-四链体是一段特殊的

2、DNA二级结构，在癌细胞内广泛存在，实验证实稳定的G-四链体可作为抗肿瘤药物的靶点。因此，G-四链体的结构和性质成为了生命科学的关注问题。本文主要发展和应用原子-键电负性均衡浮动电荷可极化力场(ABEEMσπPFF)对G-四链体的平行型(PDBcode：1KF1)结构进行分子动力学(MD)模拟研究。首先，对G-四链体的非共面二面角参数以及K+的ABEEMσπPFF相关参数进行了拟合及重新确定。然后，利用ABEEMσπPFF探究G-四链体平行结构(1KF1)及其稳定性的原因。研究发现：(1)在K+水溶液中，四个邻近的鸟嘌呤(G)碱基间可通过八根Hoogsteen氢键形成稳定的近平面G-四方结构

3、，K+可稳定地存在于两层G-四方面的中间。3层稳定的G-四方又可进一步通过π-π堆积作用降低1KF1的总能量，使其更加稳定。(2)而在Na+水溶液中，Na+不能稳定地存在于两层G-四方中间，导致G-四方平面结构变形明显。这与实验报道的平行型G-四链体仅稳定存在于K+水溶液中是一致的。另外，1KF1中的3层G-四方通过四条G-链连接，而G-链中的戊糖-磷酸骨架起支撑作用，三个接头的双链逆转环(TTA环)则起着关键作用，它对G-四链体的平行型结构是非常重要的。研究发现，TTA环在模拟过程中比较灵活，但其内的TA碱基对可以维持一定的堆积结构，保持TTA环的相对稳定性。在模拟过程中还发现，1KF1中

4、5′端的环外腺嘌呤(A)碱基逐渐翻转，直至与最近一层G-四方中的一个鸟嘌呤形成堆积结构，并一直维持该构象。此外，使用QM方法和ABEEMσπPFF计算和分析了MD模拟过程中1KF1体系的电荷分布。两种方法计算的体系内原子的电荷分布线性相关性较好，相关系数均在0.95左右。关键词：G-四链体；原子-键电负性均衡浮动电荷可极化力场；分子动力学模拟；电荷-I-应用ABEEMσπ极化力场研究G-四链体水溶液下的结构及性质StudyontheStructureandPropertiesofG-QuadruplexinAqueousSolutionsbyABEEMσπPolarizedForceFiel

5、dAbstractThehumantelomeresequenceG-quadruplexisaspecialDNAsecondarystructurethatiswidelypresentincancercells.ExperimentshaveconfirmedthatastableG-quadruplexcanbeusedasanantitumordrugtarget.Therefore,thestructureandpropertiesofG-quadruplexeshavebecameahottopicinlifescience.Inthisthesis,theatom-bonde

6、lectronegativityequalizationfluctuatingchargepolarizableforcefield(ABEEMσπPFF)isdevelopedandappliedtoinvestigatetheparallelstructureofG-quadruplex(PDBcode:1KF1)byMolecularDynamics(MD)Simulation.First,theimproperdihedralangleparametersoftheG-quadruplexandtherelatedABEEMσπPFFparametersofK+wererefitte

7、danddetermined.Then,ABEEMσπPFFwasusedtoexploretheparallelstructureofG-quadruplex(1KF1)anditsstability.Ourresultsshow:(1)IntheK+aqueoussolution,fournearbyguanine(G)basescanformastablenear-planeG-tetradthroug