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G-四链体复合物是一个明显的极化体系,其形成或解离过程中,Na+的移动路线目前还不十分明确。本文基于在σπ水平的原子.键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEMσπ/MM),首次将其应用到G-四链体体系中,初步的预测该体系中Na+的移动路线。ABEEMσπ/MM模型除原子位点外,还明确地定义了孤对电子、σ键和π键的位置,并且各位点电荷随分子环境改变而浮动,因此能更好地反映该体系的极化现象。
为了验证我们模型的准确性,结合G-四链体的结构特点,本文选取G4中的一个Na+和一片G-tetrad为研究对象,为Na+-G-tetrad体系中的Na+设计了三条移动路线,详细地研究了Na+与G-tetrad的相互作用。首先,我们应用ABEEMσπ/MM模型研究了Na+-G-tetrad体系的性质,包括它的几何构型、电荷分布等,并在MP2/6-31G(d,p)水平上做了相应的从头算,二者结果进行了对比,得到了相符合的结果。ABEEMσπ/MM模型验证了:Na+-G-tetrad结构采用平行型的氢键,而Na+不存在时,G-tetrad的四个鸟嘌呤通过交叉型氢键存在,Na+的存在改变了G-tetrad的氢键方式。其次,应用两种方法研究了Na+在移动过程中Na+-G-tetrad体系的能量变化,结果表明:二者的结果有很好的一致性,ABEEMσπ/MM模型能够准确地描述Na+-G-tetrad体系,充分验证了我们模型的准确性。为了更接近实际体系,我们又选取了Na+(2)-G-tetrads和(Na+(3)-G-tetrads为研究对象,研究了Na+(2)和Na+(3)移动过程中Na+(2)-G-tetrads和Na+(3)-G-tetrads体系的能量变化。由于受到计算机的限制,从头算很难模拟两片体系,所以此部分仅应用ABEEMσπ/MM模型来预测。研究结果表明:G-四链体中的三个Na+最有可能沿α方向依次移出。
文本对Na+-G-tetrad和Na+-G-tetrads体系的研究和探讨,为进一步应用ABEEMσπ/MM模型,对G-四链体中离子交换通道的动力学模拟打下坚实的基础。