人体端粒序列G-四链体是一段特殊的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(PDB code: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,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。