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分子间相互作用对核酸碱基中~(17)O屏蔽张量与四极耦合常数影响的理论计算研究
  • ISSN号:1000-4556
  • 期刊名称:《波谱学杂志》
  • 时间:0
  • 分类:O482.53[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]湖南工业大学,绿色包装与生物纳米技术应用省重点实验室,湖南株洲412008, [2]波谱与原子分子国家重点实验室(中国科学院武汉物理与数学研究所),湖北武汉430071
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(21522310,21173255),湖南省教育厅重点资助项目(14A040).
中文摘要:

通过高精度量子化学理论计算的方法研究了分子间弱的非键相互作用对胸腺嘧啶、尿嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤四种核酸碱基中~(17)O核的屏蔽张量(σO)和四极耦合常数(QCC)的影响.计算结果表明分子间强的氢键作用以及弱的范德华(vd W)相互作用都对~(17)O核的化学位移(δO)具有较大的影响.随着分子间氢键作用的逐渐增强,δO逐渐减小,当采用包含所有弱相互作用的周期性模型进行计算时,理论结果与实验值吻合.进一步的电荷分析显示,~(17)O核化学位移的减小主要是由于分子间氢键作用强度增加导致~(17)O原子的负电荷密度逐渐增加.此外,计算结果表明碱基中分子间氢键网络和弱的范德华作用对碱基~(17)O QCC也具有显著的影响.周期性模型下,碱基上氧原子的局域结构环境得到平衡,~(17)O QCC达到最小值,与实验结果最为接近.以核酸碱基为例,说明了分子间的氢键网络以及分子间弱的相互作用对于准确计算生物样品的核磁共振(NMR)参数非常重要,以小的团簇模型来计算生物体系的核磁参数将会产生较大的偏差.

英文摘要:

Abstract: The influence of hydrogen bonding on the shielding tensors and quadrupolecoupling constant (QCC) of oxygen atoms in [17O-2] thymine, [17O-4] thymine, [17O-2]uracil, [17O-4] uracil, [17O-2] cytosine, and [17O-6] guanine monohydrate has been studiedby high quality quantum chemical calculations with different cluster models. The resultsshowed that both hydrogen bonding and van der Waals (vdW) interactions are crucial foraccurate prediction of isotropic 17O chemical shifts (δO). In addition, experimentallymeasured 17O chemical shifts in these bases decrease with the increase of intermolecularhydrogen bonding interactions, and such interactions need to be accounted for in thetheoretical models in order to obtain satisfactory calculated results. Relative to that of δO,the calculation of 17O shielding tensors (δ11, δ22 and δ33) are even more model-dependent.NMR parameters calculated by periodic structure models taking all hydrogen bondinginteractions and non-bonding vdW interactions into account were found to be in goodagreement with the experimental results. Further analysis revealed that intermolecularhydrogen bonding-induced decrease of δO is mainly due to the increase of 17O negativecharge density coming from the carboxyl (C=O) carbon. Furthermore, it was found thathydrogen bonding and weak interaction have remarkable effects on calculated 17Oquadrupole coupling constant (QCC) as well. In conclusion, it is essential to takeintermolecular hydrogen bonding and weak interactions into accounts in theoreticalcalculations in order to predict NMR parameters of biological samples correctly.

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期刊信息
  • 《波谱学杂志》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院武汉物理与数学研究所 中国物理学会波谱学专业委员会
  • 主编:刘买利
  • 地址:湖北省武汉市武昌小洪山西区30号
  • 邮编:430071
  • 邮箱:magres@wipm.ac.cn
  • 电话:027-87198791
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-4556
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1180/O4
  • 邮发代号:38-313
  • 获奖情况:
  • 1992 年获国家科委、中宣部、新闻出版署首届优秀...,获中国科1996年获中国科学院优秀期刊三等奖,1999年获第三届湖北省优秀期刊奖 ,并被列为湖北...,2001年获第四届湖北省优秀期刊奖,2006年获第五届湖北省优秀期刊奖,2008年获第六届湖北省优秀期刊奖,2010年获第七届湖北省优秀期刊奖---湖北省专业技...,2013年获第八届湖北省优秀期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:2740