核酸碱基微水合作用的分子力学与量子力学比较研究
生物物理
2013-02-12 v1 化学物理
生物大分子
摘要
DNA 是最重要的生物分子，其水合作用对双螺旋的结构和功能至关重要。我们利用 Poltev-Malenkov (PM)、AMBER 和 OPLS 力场的分子力学 (MM) 方法，以及 MP2/6-31G(d,p) 理论水平的从头算量子力学 (QM) 计算，分析了核酸各个碱基及其甲基衍生物的微水合作用。我们将计算得到的相互作用能与通过低温质谱实验获得的碱基微水合焓进行了比较。使用 MM 得到的每个局部水 - 碱基相互作用能极小值都对应于使用 QM 得到的极小值。观察到通过这两组方法获得的局部极小值的几何特征在定性上总体一致。MM 极小值对应的结构比 QM 方法获得的结构略更具共面性，且 MM 的绝对能量值高估了 QM 获得的相应值。对于腺嘌呤和胸腺嘧啶，QM 局部极小值的能量值更接近 PM 势函数获得的结果（平均差值为 0.72 kcal/mol），而非 AMBER 力场（1.86 kcal/mol）。MM 与 QM 结果之间的能量差异对于鸟嘌呤和胞嘧啶更为显著，特别是对于水分子与碱基的两个质子受体中心形成氢键的极小值。此类极小值是 MM 方法获得的最深极小值，而 QM 计算得出的全局极小值对应于水分子与碱基的一个受体位点和一个供体位点形成氢键的情形。对三甲基化碱基与水分子的計算证实了 MM 的结果。能量剖面是在冻结水分子某些自由度的情况下获得的。这些数据将有助于改进分子力学力场。
引用
@article{arxiv.1302.2407,
title = {Comparative Molecular Mechanics and Quantum Mechanics Study of Microhydration of Nucleic Acid Bases},
author = {J. Lino and E. González and A. Deriabina and M. Velasco and V. Poltev},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.2407},
year = {2013}
}
备注
12 pages, 3 figures, 3 tables