水环境对GC和AT碱基对质子转移的影响

吴颖曦 王红艳 林月霞

引用本文: 吴颖曦, 王红艳, 林月霞. 水环境对GC和AT碱基对质子转移的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 257-264. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312031 shu
Citation:  WU Ying-Xi, WANG Hong-Yan, LIN Yue-Xia. Aqueous Solution Effects on the Proton-Transfer Processes of GC and AT Base Pairs[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(2): 257-264. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312031 shu

水环境对GC和AT碱基对质子转移的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(10974161,11174237),国家重点基础研究发展规划项目(973)(2013CB328904) (10974161,11174237),国家重点基础研究发展规划项目(973)(2013CB328904)

    四川省科技厅应用基础项目(2013JY0035)资助 (2013JY0035)

摘要:

采用B3LYP/DZP++的方法研究了第一水化层作用和连续化处理的水溶剂作用对鸟嘌呤-胞嘧啶(GC)碱基对和腺嘌呤-胸腺嘧啶(AT)碱基对质子转移反应的影响. GC和AT碱基对在连续化水溶剂作用下,均发生单质子转移(SPT1)和分步的双质子转移(DPT),而在第一水化层5 个水分子的作用下(GC·5H2O,AT·5H2O)或同时考虑第一水化层作用和连续化水溶剂作用(GC·5H2O+PCM,AT·5H2O+PCM)时,GC和AT碱基对的质子转移均只得到单质子转移反应(SPT1). 单质子转移过程中的活化能变化情况表明:第一水化层对GC和AT碱基对结构和质子转移影响较大,水环境对碱基对的作用主要发生在第一水化层.

English

    1. [1]

      (1) Bao, X. G.;Wang, J.; Gu, J. D.; Leszczynski, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103 (15), 5658. doi: 10.1073/pnas.0510406103

      (1) Bao, X. G.;Wang, J.; Gu, J. D.; Leszczynski, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103 (15), 5658. doi: 10.1073/pnas.0510406103

    2. [2]

      (2) Boudaiffa, B.; Cloutier, P.; Hunting, D.; Huels, M. A.; Sanche,L. Science 2000, 287 (5458), 1658. doi: 10.1126/science.287.5458.1658(2) Boudaiffa, B.; Cloutier, P.; Hunting, D.; Huels, M. A.; Sanche,L. Science 2000, 287 (5458), 1658. doi: 10.1126/science.287.5458.1658

    3. [3]

      (3) Zheng, Y.; Cloutier, P.; Hunting, D. J.;Wagner, J. R.; Sanche, L.J. Am. Chem. Soc. 2004, 126 (4), 1002. doi: 10.1021/ja0388562(3) Zheng, Y.; Cloutier, P.; Hunting, D. J.;Wagner, J. R.; Sanche, L.J. Am. Chem. Soc. 2004, 126 (4), 1002. doi: 10.1021/ja0388562

    4. [4]

      (4) Gresh, N.; S? poner, J. J. Phys. Chem. B 1999, 103 (51), 11415.doi: 10.1021/jp9921351(4) Gresh, N.; S? poner, J. J. Phys. Chem. B 1999, 103 (51), 11415.doi: 10.1021/jp9921351

    5. [5]

      (5) Noguera, M.; Bertran, J.; Sodupe, M. J. Phys. Chem. B 2008,112 (15), 4817. doi: 10.1021/jp711982g(5) Noguera, M.; Bertran, J.; Sodupe, M. J. Phys. Chem. B 2008,112 (15), 4817. doi: 10.1021/jp711982g

    6. [6]

      (6) Tan, Z. J.; Chen, S. J. Biophys. J. 2006, 90, 1175. doi: 10.1529/biophysj.105.070904(6) Tan, Z. J.; Chen, S. J. Biophys. J. 2006, 90, 1175. doi: 10.1529/biophysj.105.070904

    7. [7]

      (7) Bowman, J. C.; Lenz, T. K.; Hud, N. V.;Williams, L. D. Cur. Opin. Struct. Biol. 2012, 22, 262. doi: 10.1016/j.sbi.2012.04.006(7) Bowman, J. C.; Lenz, T. K.; Hud, N. V.;Williams, L. D. Cur. Opin. Struct. Biol. 2012, 22, 262. doi: 10.1016/j.sbi.2012.04.006

    8. [8]

      (8) Zhang, Y. Theoretical Investigation of Metal Cations Interactwith DNA Base Pair. Ph. D. Dissertation, Huazhong Universityof Science and Technology,Wuhan, 2004. [张愚. 金属离子与DNA碱基对相互作用的理论研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2004.](8) Zhang, Y. Theoretical Investigation of Metal Cations Interactwith DNA Base Pair. Ph. D. Dissertation, Huazhong Universityof Science and Technology,Wuhan, 2004. [张愚. 金属离子与DNA碱基对相互作用的理论研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2004.]

    9. [9]

      (9) Shishkin, O. V.; rb, L.; Leszczynski, J. J. Phys. Chem. B2000, 104 (22), 5357. doi: 10.1021/jp993144c(9) Shishkin, O. V.; rb, L.; Leszczynski, J. J. Phys. Chem. B2000, 104 (22), 5357. doi: 10.1021/jp993144c

    10. [10]

      (10) Herbert, H. E.; Halls, M. D.; Hratchian, H. P.; Raghavachari, K.J. Phys. Chem. B 2006, 110 (7), 3336. doi: 10.1021/jp055865j(10) Herbert, H. E.; Halls, M. D.; Hratchian, H. P.; Raghavachari, K.J. Phys. Chem. B 2006, 110 (7), 3336. doi: 10.1021/jp055865j

    11. [11]

      (11) Matsui, T.; Shigeta, Y.; Hirao, K. Chem. Phys. Lett. 2006, 423 (4), 331.(11) Matsui, T.; Shigeta, Y.; Hirao, K. Chem. Phys. Lett. 2006, 423 (4), 331.

    12. [12]

      (12) Noguera, M.; Bertran, J.; Sodupe, M. J. Phys. Chem. A 2004,108 (32), 333.(12) Noguera, M.; Bertran, J.; Sodupe, M. J. Phys. Chem. A 2004,108 (32), 333.

    13. [13]

      (13) Ai, H. Q.; Yang, A. B.; Li, Y. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008,24, 1047. [艾洪奇, 杨爱彬, 李允刚. 物理化学学报, 2008,24, 1047.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080623(13) Ai, H. Q.; Yang, A. B.; Li, Y. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008,24, 1047. [艾洪奇, 杨爱彬, 李允刚. 物理化学学报, 2008,24, 1047.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080623

    14. [14]

      (14) Zhang, F.;Wang, H. Y.; Lin, Y. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011,27, 2799. [张凤, 王红艳, 林月霞. 物理化学学报, 2011, 27,2799.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112799(14) Zhang, F.;Wang, H. Y.; Lin, Y. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011,27, 2799. [张凤, 王红艳, 林月霞. 物理化学学报, 2011, 27,2799.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112799

    15. [15]

      (15) Löwdin, P. O. Rev. Mod. Phys. 1963, 35, 724. doi: 10.1103/RevModPhys.35.724(15) Löwdin, P. O. Rev. Mod. Phys. 1963, 35, 724. doi: 10.1103/RevModPhys.35.724

    16. [16]

      (16) Löwdin, P. O. Adv. Quantum Chem. 1966, 2, 213.(16) Löwdin, P. O. Adv. Quantum Chem. 1966, 2, 213.

    17. [17]

      (17) Zhang, J. D.; Chen, Z. F.; Schaefer, H. F. J. Phys. Chem. A 2008,112 (27), 6217. doi: 10.1021/jp711958p(17) Zhang, J. D.; Chen, Z. F.; Schaefer, H. F. J. Phys. Chem. A 2008,112 (27), 6217. doi: 10.1021/jp711958p

    18. [18]

      (18) Kumar, A.; Sevilla, M. D.; Sándor, S. J. Phys. Chem. B 2008,112 (16), 5189. doi: 10.1021/jp710957p(18) Kumar, A.; Sevilla, M. D.; Sándor, S. J. Phys. Chem. B 2008,112 (16), 5189. doi: 10.1021/jp710957p

    19. [19]

      (19) Richardson, N. A.;Wesolowski, S. S.; Schaefer, H. F. J. Phys. Chem. B 2003, 107 (3), 848. doi: 10.1021/jp022111l(19) Richardson, N. A.;Wesolowski, S. S.; Schaefer, H. F. J. Phys. Chem. B 2003, 107 (3), 848. doi: 10.1021/jp022111l

    20. [20]

      (20) Xie, Y. M.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 2007, 127, 155107.doi: 10.1063/1.2780148(20) Xie, Y. M.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 2007, 127, 155107.doi: 10.1063/1.2780148

    21. [21]

      (21) Schneider, B.; Cohen, D. M.; Schleifer, L.; Srinivasan, A. R.;Olson,W. K.; Bermant, H. M. Biophys. J. 1993, 65, 2291. doi: 10.1016/S0006-3495(93)81306-7(21) Schneider, B.; Cohen, D. M.; Schleifer, L.; Srinivasan, A. R.;Olson,W. K.; Bermant, H. M. Biophys. J. 1993, 65, 2291. doi: 10.1016/S0006-3495(93)81306-7

    22. [22]

      (22) Kumar, A.; Mishra, P. C.; Suhai, S. J. Phys. Chem. A 2005, 109,3971. doi: 10.1021/jp0456178(22) Kumar, A.; Mishra, P. C.; Suhai, S. J. Phys. Chem. A 2005, 109,3971. doi: 10.1021/jp0456178

    23. [23]

      (23) Cerón-Carrasco, J. P.; Requena, A.; Michaux, C.; Perpete, E. A.;Jacquemin, D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7892. doi: 10.1021/jp900782h(23) Cerón-Carrasco, J. P.; Requena, A.; Michaux, C.; Perpete, E. A.;Jacquemin, D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7892. doi: 10.1021/jp900782h

    24. [24]

      (24) Cerón-Carrasco, J. P.; Requena, A.; Michaux, C.; Perpete, E. A.;Jacquemin, D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10549. doi: 10.1021/jp906551f(24) Cerón-Carrasco, J. P.; Requena, A.; Michaux, C.; Perpete, E. A.;Jacquemin, D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10549. doi: 10.1021/jp906551f

    25. [25]

      (25) Kumar, A.; Sevilla, M. D. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11359.doi: 10.1021/jp903403d(25) Kumar, A.; Sevilla, M. D. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11359.doi: 10.1021/jp903403d

    26. [26]

      (26) Chen, H. Y.; Kao, C. L.; Hsu, S. C. N. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 15930. doi: 10.1021/ja906899p(26) Chen, H. Y.; Kao, C. L.; Hsu, S. C. N. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 15930. doi: 10.1021/ja906899p

    27. [27]

      (27) Chen, H. Y.; Hsu, S. C. N.; Kao, C. L. Phys. Chem. Chem. Phys.2010, 12, 1253. doi: 10.1039/b920603e(27) Chen, H. Y.; Hsu, S. C. N.; Kao, C. L. Phys. Chem. Chem. Phys.2010, 12, 1253. doi: 10.1039/b920603e

    28. [28]

      (28) Lin, Y. X.;Wang, H. Y.; Gao, S. M.;Wu, Y. X.; Li, R. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1233. [林月霞, 王红艳, 高思敏,吴颖曦, 李汝虎. 物理化学学报, 2013, 29, 1233.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304022(28) Lin, Y. X.;Wang, H. Y.; Gao, S. M.;Wu, Y. X.; Li, R. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1233. [林月霞, 王红艳, 高思敏,吴颖曦, 李汝虎. 物理化学学报, 2013, 29, 1233.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201304022

    29. [29]

      (29) Wu, Y. X.;Wang, H. Y.; Lin, Y. X.; Gao, S. M.; Zhang, F. Can. J. Chem. 2013, 91, 992.(29) Wu, Y. X.;Wang, H. Y.; Lin, Y. X.; Gao, S. M.; Zhang, F. Can. J. Chem. 2013, 91, 992.

    30. [30]

      (30) Dargiewicz, M.; Biczysko, M.; Improta, R.; Barone, V. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 8981. doi: 10.1039/c2cp23890j(30) Dargiewicz, M.; Biczysko, M.; Improta, R.; Barone, V. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 8981. doi: 10.1039/c2cp23890j

    31. [31]

      (31) Hsu, S. C. N.;Wang, T. P.; Kao, C. L.; Chen, H. F.; Yang, P. Y.;Chen, H. Y. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 2096. doi: 10.1021/jp400299v(31) Hsu, S. C. N.;Wang, T. P.; Kao, C. L.; Chen, H. F.; Yang, P. Y.;Chen, H. Y. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 2096. doi: 10.1021/jp400299v

    32. [32]

      (32) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09,Revision A.1; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2004.(32) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09,Revision A.1; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2004.

    33. [33]

      (33) Latajka, Z.; Bouteiller, Y. J. Chem. Phys. 1994, 101, 9793. doi: 10.1063/1.467944(33) Latajka, Z.; Bouteiller, Y. J. Chem. Phys. 1994, 101, 9793. doi: 10.1063/1.467944

    34. [34]

      (34) Lee, C.; Fitzgerald, G.; Planas, M.; Novoa, J. J. J. Phys. Chem.1996, 100, 7398. doi: 10.1021/jp953360v(34) Lee, C.; Fitzgerald, G.; Planas, M.; Novoa, J. J. J. Phys. Chem.1996, 100, 7398. doi: 10.1021/jp953360v

    35. [35]

      (35) Huzinaga, S. J. Chem. Phys. 1965, 42, 1293. doi: 10.1063/1.1696113(35) Huzinaga, S. J. Chem. Phys. 1965, 42, 1293. doi: 10.1063/1.1696113

    36. [36]

      (36) Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1970, 53, 2823. doi: 10.1063/1.1674408(36) Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1970, 53, 2823. doi: 10.1063/1.1674408

    37. [37]

      (37) Schneider, B.; Berman, H. M. Biophys. J. 1995, 69, 2661. doi: 10.1016/S0006-3495(95)80136-0(37) Schneider, B.; Berman, H. M. Biophys. J. 1995, 69, 2661. doi: 10.1016/S0006-3495(95)80136-0

    38. [38]

      (38) Miertus, S.; Scrocco, E.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1981, 55 (1),117. doi: 10.1016/0301-0104(81)85090-2(38) Miertus, S.; Scrocco, E.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1981, 55 (1),117. doi: 10.1016/0301-0104(81)85090-2

    39. [39]

      (39) Miertus, S.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1982, 65 (2), 239. doi: 10.1016/0301-0104(82)85072-6(39) Miertus, S.; Tomasi, J. Chem. Phys. 1982, 65 (2), 239. doi: 10.1016/0301-0104(82)85072-6

    40. [40]

      (40) Wang, H. Y.; Zhang, J. D.; Schaefer, H. F. Chem. Phys. Chem.2010, 11, 622. doi: 10.1002/cphc.200900687(40) Wang, H. Y.; Zhang, J. D.; Schaefer, H. F. Chem. Phys. Chem.2010, 11, 622. doi: 10.1002/cphc.200900687

    41. [41]

      (41) Noguera, M.; Sodupe, M.; Bertrán, J. Theor. Chem. Acc. 2007,118, 113. doi: 10.1007/s00214-007-0248-z(41) Noguera, M.; Sodupe, M.; Bertrán, J. Theor. Chem. Acc. 2007,118, 113. doi: 10.1007/s00214-007-0248-z

    42. [42]

      (42) Florián, J.; LeszczyDski, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3010.doi: 10.1021/ja951983g

      (42) Florián, J.; LeszczyDski, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 3010.doi: 10.1021/ja951983g

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  442
  • 文章访问数:  850
  • HTML全文浏览量:  5
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-23
  • 收稿日期:  2013-09-10
  • 网络出版日期:  2013-12-03
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章