亚硝胺β-位代谢物与DNA碱基作用机理的

用从头计算方法在RHF/6-31G(d)和MP2/6-31G(d)水平上对甲基乙基亚硝胺代谢产生的β-位硫酸酯按照是否经过邻基参与作用与DNA碱基发生烷基化反应的不同假设机理进行了研究. 对所有反应物、产物、中间体和过渡态进行了全几何构型优化, 得出反应活化能和内禀反应坐标等参数. 结果表明, 邻基参与作用有力地促进了β-位硫酸酯化烷基亚硝胺与DNA碱基的烷化反应. 在相同水平上用Onsager溶剂效应模型反应场进行了计算, 表明在极性溶剂中邻基参与反应的活化能明显降低.     

甲基亚硝基哌嗪第二活性区与DNA碱基烷化反应机理的MNDO研究

N-亚硝基化合物(NNC)在α-羟基化后生成重氮化物而与DNA结合发挥致癌作用是一已经被普遍接受的概念 但是仅用α-位的活性却在定性和定量两个方面均解释不了NNC的复杂的结构与致癌活性关系.越来越多的试验证据表明非α-位的代谢活化在NNC致癌机理中具有不可忽视的作用.我们曾对153种NNC的结构与致癌活性关系进行了定量模式辨认研究,结果表明:在NNC分子上经代谢产生两个亲电活性中心是形成最终致癌物的必要条件;并且,在α-位的第一活性中心与非α-位的第二活性中心之间的最适作用距离约为280pm;从而证明了NNC致癌作用符合于“双区理论”.根据双区理论,我们还探讨了N-亚硝基化合物中N-N键旋转能障与其致癌性的关系.对于甲基取代的亚硝基哌嗪及有类似结构的化合物比其母体化合物的致癌性有显著增强的现象,我们提出了:环上杂原子的邻基参与作用提高了甲基代谢产物的活性,形成第二亲电活性中心是重要影响因素的观点;这一观点在分析结构参数时发挥了巨大作用.由于确定这一邻基参与作用的机制对于深入探讨NNC致癌机理具有重要意义,本文采用MNDO方法对具代表性的化合物,3,5-二甲基亚硝基哌嗪的甲基代谢活化产物与DNA碱基的反应机理进行了研究.     

Jembrana病毒LTR上的AP-4应答元件

通过反义转译实验和凝胶电泳迁移率变动分析, 证实在牛肺细胞中AP-4蛋白可与JDV LTR上的AP-4应答元件直接结合. 对AP-4应答元件进行的一系列定点与盒式诱变证明, JDV LTR上CAGCTG(-65 ~ -60) 6个碱基可能为AP-4的识别序列, 并且每个碱基在AP-4蛋白与DNA结合过程中所起作用的重要程度不同, 当前两位碱基突变为GC时, 对JDV LTR表达功能影响非常明显.     

HOSO+X(X=F,Cl,Br)的反应机理及电子密度拓扑分析

在CCSD(T)/6-311++G(d, p)//MP2/6-311++G(d, p)水平上研究了HOSO+X(X= F, Cl,Br)的反应机理. 优化得到了反应势能曲线上各驻点的几何构型, 通过内禀反应坐标(IRC)确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 在CCSD(T)/6-311++G(d, p)水平上对计算得到的构型进行了能量校正. 应用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT), 并结合小曲率隧道效应模型(SCT)校正的方法, 计算了该反应在200~3000 K 温度范围内的速率常数k_TST,k_CVT 和k_CVT/SCT. 计算结果表明: HOSO+X(X= F, Cl, Br)反应在单态和三态条件下均可发生, 其中单态为主反应通道, HX+SO₂ 为主产物. 并利用电子密度拓扑分析方法研究了主反应通道化学键的变化.     

CCl_2与CH_3CHO插入反应的量子化学及电子密度拓扑研究

利用密度泛函和自然键轨道理论及高级电子耦合簇和电子密度拓扑方法,对单、三重态CCl2与CH3CHO中C—H插入反应的微观机理进行了研究.在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型.在CCSD(T)/6-31G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量,并对总能量进行了校正.计算表明,主反应通道均在单重态势能面中进行,单重态CCl2与CH3CHO中的Cα—H键[反应Ⅰ]及Cβ—H键[反应Ⅱ]均可发生插入反应,存在三条主反应通道,产物分别为P1[CH3COHCCl2],P2[CH2COHCHCl2]和P4[CHCl2CHCHOH],从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑,反应Ⅱ更容易发生.对主反应通道中的关键点进行了电子密度拓扑分析,并讨论了被插入前后C—H键中H原子的积分能量变化.     

(Me)_3CO·自由基和异-3-己烯反应机理的理论研究

对(Me)3CO·自由基和异-3-己烯在苯溶液中的反应机理进行了理论研究,在B3LYP/6-311 G(d,p)//B3LYP/6-31G(d) ZPVE水平下,得到了两条可能的反应通道:(1)夺氢-加成;(2)加成-加成-消除.势能面分析表明,该反应以夺氢-加成(1)为主,加成-加成-消除(2)为辅.计算结果能很好地解释近期Coseri等人实验测得的产物分布,而Coseri等人建议的加成-夺氢通道在动力学上是不可行的.     

(Me)3CO•自由基和异-3-己烯反应机理的理论研究

对(Me)₃CO•自由基和异-3-己烯在苯溶液中的反应机理进行了理论研究, 在B3LYP/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-31G(d)+ZPVE水平下, 得到了两条可能的反应通道: (1) 夺氢-加成; (2) 加成-加成-消除. 势能面分析表明, 该反应以夺氢-加成(1)为主, 加成-加成-消除(2)为辅. 计算结果能很好地解释近期Coseri等人实验测得的产物分布, 而Coseri等人建议的加成-夺氢通道在动力学上是不可行的.     

平面型1-氯蒽醌二聚体中分子间弱相互作用的理论研究

运用密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上对平面型1-氯蒽醌二聚体进行构型优化,得到了6种稳定构型.在MP2/6-311+G(d,p)水平上计算了这6种构型分子的能量,并进行了基组重叠误差(BSSE)校正.通过分子静电势讨论了该类分子间弱相互作用的本质,用"分子中原子(AIM)"理论对分子间化学键的性质进行了电子密度拓扑分析.结果表明:二聚1-氯蒽醌的平行构型比T型构型稳定,1-氯蒽醌二聚体中分子间的相互作用都是具有静电性质的弱相互作用,电子受体的静电势变化总值可作为分子间化学键强弱的指标.     

二溴卡宾与乙醛C—H键插入反应的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平上研究了卡宾CH₂及二溴卡宾CBr₂与乙醛CH₃CHO中C—H键的插入反应机理, 用频率分析和内禀反应坐标法(IRC)对过渡态进行了验证, 计算了各物种的CCSD(T)/6-31G(d)及 CCSD(T)/6-31G(d,p)单点能量. 结果表明, CH₂与CH₃CHO插入反应主产物为丙醛(^HP1), 而CBr₂与CH₃CHO插入反应的两条主反应通道都在单重态势能面中, 单重态CBr₂既可以发生与C_α—H键的插入反应Ⅰ(1), 也可以发生与C_β—H键插入的反应Ⅱ(1). 用经Wigner校正的Eyring过渡态理论分别计算了反应Ⅰ(1)及Ⅱ(1)在100~2200 K温度范围内的热力学与动力学性质. 在101325 Pa下, 反应Ⅰ(1)及Ⅱ(1)进行的适宜温度范围分别为250~1750及250~1600 K. 在250~1000 K的温度范围内, 反应Ⅰ(1)与其竞争反应Ⅱ(1)的反应速率及平衡转化率差别很大, 具有很好的选择性, 更有利于二溴卡宾插入乙醛C_α—H键生成产物P1的反应Ⅰ(1)的发生, 而在1000~1600 K范围内, 反应没有明显的选择优势.     

CCl2与CH3CHO插入反应的量子化学及电子密度拓扑研究

利用密度泛函和自然键轨道理论及高级电子耦合簇和电子密度拓扑方法, 对单、三重态CCl₂与CH₃CHO中C—H插入反应的微观机理进行了研究. 在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型. 在CCSD(T)/6-31G(d, p)水平上计算了各物种的单点能量, 并对总能量进行了校正. 计算表明, 主反应通道均在单重态势能面中进行, 单重态CCl₂与CH₃CHO 中的C_α—H键[反应Ⅰ]及C_β—H键[反应Ⅱ]均可发生插入反应, 存在三条主反应通道, 产物分别为P1[CH₃COHCCl₂], P2[CH₂COHCHCl₂]和P4[CHCl₂CHCHOH], 从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑, 反应Ⅱ更容易发生. 对主反应通道中的关键点进行了电子密度拓扑分析, 并讨论了被插入前后C—H键中H原子的积分能量变化     

若干醌类衍生物自交换电子转移反应的内重组能

用量子化学半经验的AM1,非经验的ab initio(HF/3-21G,6-31G(d),6-31 G(d))密度泛函DFT（B3LYP／6－31G（d),-31 G(d)等方法对2,3－二氰基－5,6－二氯苯醌（DDQ）及其阴离子自由基的结构与性质进行了研究,用Nelsen方法研究了醌自交换反应的内重组通,结果表明,AM1及B3LYP／6－31G（d),6-31 (G)d方法计算得到的内重组能比较接近,而且与文献结果一致;而F／3－21G,6－31G,6－31＋G（d)方法由于 未考虑电子相关作用,内重组能的计算结果偏大,在此基础上,用AM1及B3LYP／6－31G（ d),6－31＋G（d,P)方法对质体醌MQ0及其有离自由基以及用AM1方法对3位上有取代基的质体醌MQn(n=1-7)及其阴离子自由基的结构和性质进行了研究,结果表明,随着3位上异戊烯支链的增长,质体醌的生成热ΔHf0的负值逐渐减大,表明质体醌越来越稳定,异戊烯支链的长短对环A,环B及1,4位氧的键长键角以及环B的二面角均影响不大,但是,由于质体醌3位上取代基的影响,中性的MQn(n=1-7)环A平面发生扭曲,得电子后的阴离子自由基MQ-n,环A扭曲程度变小,其环B及中性MQn的两个环均保持平面,对质醌的内重组能计算结果表明,除与键长键角变化相应的高频振动的变化外,与二面角变化相应的低频振动的变化对质体醌MQn(n=1-7)的内重组能也有一定的贡献,得电子前后,环A及对位氧的二面角变化对质体醌MQn(n=1-7)的内重组能也有定的贡献,得电子前后,环A及对位氧的二面角变化对质体醌MQn(n=1,7)的内重组能的贡献大于1．60kJ/mol,另外,得电子前后,异戊烯支链结构参数的变化尤其是二面角的变化对MQ4／MQ4－及MQ6／MQ－6体系的内重组能贡献约为2kJ/mol。     

多双氢键N(C)―H…H―B体系的理论研究

在DFT-B3LYP/6-311 G**水平上求得C4H4NH…BH4-和CH≡CH…BH4-红移多双氢键复合物势能面上的稳定构型.经MP2/6-311 G**水平的计算,单体间含基组重叠误差BSSE校正的多双氢键相互作用能分别为-76.62和-33.79kJ.mol-1.通过自然键轨道(NBO)理论,详细分析了两种复合物中轨道间的相互作用,电荷转移,原子杂化重优及相关键键长变化的本质等.另外,在Onsager模型下,考察了具有不同相对介电常数(ε)的溶剂的溶剂化效应对单体及复合物的结构、振动频率和相互作用能的影响.     

DNA-NH_2酰化反应:分子量还是结构占主导地位?

DNA的化学修饰可以使DNA分子具有其他功能,如构建DNA编码化合物库(DNA-encoded chemical libraries,DECLs)、制备用于生物传感的DNA探针、提高DNA适配体的结合活性等.对DNA化学修饰反应效率已有的研究集中在对反应条件(溶剂、温度等)的优化,为了确定影响修饰效率的重要因素,我们以DNA-NH_2的酰化反应为模型进行了系统研究.结果表明,影响DNA-NH_2酰化反应的主要因素是DNA和酰化试剂的分子量.相反,DNA的结构在反应中起着次要的作用.     

GaCl3催化下1,6-烯炔类骨架重组的反应机理

用量子化学B3LYP/6-31G*方法研究了GaCl₃催化下1,6-烯炔骨架重组生成1-乙烯基环戊烯的反应机理. 计算得到了该反应的反应物、过渡态及产物的几何优化构型及各驻点的能量, 进行了振动频率计算, 所有的过渡态都通过振动分析和IRC计算而得以确认. 结果表明: 反应分多步进行, 每步的活化能垒都较低; 整个反应过程主要是通过形成含有三中心两电子键的三元环状区域完成的; 反应具有明显的立体选择性, 顺式构型的1,6-烯炔将主要生成顺式构型的1-乙烯基环戊烯, 与实验现象完全吻合.     

异源双链DNA体外错配修复功能分析模型的构建

DNA错配修复(mismatch repair, MMR)功能缺失是确认的肿瘤发病机制之一. 随着研究的深入以及临床诊断治疗的要求, 有必要从整体上对肿瘤的错配修复功能状态作出评价. 以M13mp2噬菌体及其衍生株和E. coli大肠杆菌为材料, 以lacZα为报告基因, 构建含有错配碱基的异源双链DNA分子. 提取错配修复功能完整细胞株(TK6)和错配修复功能缺陷细胞株(Lovo)的全细胞蛋白, 经大T抗原依赖性SV-40 DNA复制检测, 证实其生物学功能保持完整后与构建成功的异源双链DNA分子共同作用, 发现TK6对双碱基缺失del(2)的修复效率超过60%, 对单碱基错配G·G的修复效率超过50%; 而Lovo对双碱基缺失del(2)的修复效率低于20%, 对单碱基错配G·G的修复效率低于10%. 以异源双链DNA为待修复模板, 以细胞株TK6和Lovo分别作为MMR功能完善和缺陷表型的参照, 建立体外错配修复功能分析模型. 应用该模型检测1例具有微卫星不稳定性表型的HNPCC病人肿瘤组织, 发现其MMR功能丧失; 而检测1例微卫星稳定的散发性直肠癌病人肿瘤组织, 发现其具有MMR功能. 结果表明该模型可用于体外检测各种肿瘤细胞和/或组织的错配修复功能. 为肿瘤发病机制的研究提供了可靠的方法, 对进一步了解错配修复功能状态在各种类型肿瘤中的作用有非常重要的意义.     

新型核酸相减杂交用载体及其杂交效率

核酸分子杂交广泛用于特定序列的核酸的检验、纯化,尤其用于基因或其表达产物的分离、纯化和在基因组上的定位等方面.从各种组织和细胞系中选择群特异的(分化表达的)核酸种类的杂交,即相减杂交,它在肿瘤分子生物学和抗癌基因的研究中是一种非常重要的研究工具.目前使用的相减杂交技术都是在液相进行两群DNA,或一群DNA与另一群RNA(其中含待分离的群特异DNA的称为靶[target],而用于除去同源序列的DNA和RNA称为推动剂[driver])的杂交,使具同源序列的核酸形成杂合双链.然后用不同方法除去双链核酸,在溶液中留下未杂交的单链核酸.这些方法包括:(1)羟基磷灰石柱层析,(2)用生物素标记的推动剂去与靶杂交,再向反应液中加入链霉菌生物素结合蛋白,然后用酚抽提.然而,这两种方法存在的缺点妨碍了它们的使用,或者效率不高(如(1)),或者试剂价格较昂贵,步骤较多(如(2)).对-β-硫酸酯乙砜基苯胺(SESA)是活性染料合成的中间体,国内已大量生产.我们曾经用它制备过对-重氮苯砜乙基纤维素纸(DBSE纸)共价固定核酸进行固相杂交,取得了满意的结果.因此我们考虑用SESA作偶联剂,把推动剂共价固定在易于分离的高分子载体上,再与靶杂交.我们制备了对-氨基苯砜乙基葡聚糖凝胶(ABSE-Sephadex,固相载体)和对-氨基苯砜乙基糖原(ABS     

甲状腺素对大鼠心脏肾上腺素受体的调节

心脏是甲状腺素作用的主要靶器官之一,甲状腺机能的改变常常伴有心脏功能的异常.其中最主要表现之一就是对交感_儿茶酚胺反应性的改变.已有研究表明这些变化与心脏肾上腺素受体密度的改变密切相关.在甲状腺机能亢进时大鼠心脏β-肾上腺素受体(β-AR)上调,α_1-肾上腺素受体(α_1-AR)下调;在甲状腺机能减低时心脏β-AR下调,而α_1-AR的变化报道不一.心脏α_1-AR可分成α_(1A),α_(1B),α_(1D)3种亚型,心脏β-AR可分成β_1,β_2两种亚型.对甲状腺机能改变时心脏α_1-AR与β-AR上述亚型的改变则至今少见报道.本文采用半定量逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)方法测定大鼠甲状腺机能改变时心脏α_1-AR及β-AR各亚型mRNA水平的改变,从基因转录水平上观察甲状腺素对大鼠心脏肾上腺素受体的调节作用.1材料与方法1.1 动物雄性Wistar大鼠,体重220±15g.经腹腔注射L-T_4(200μg/100g体重/d,10d)或在饮水中加入0.2%2-thiouracid,20d,造成甲状腺机能亢进或减低,对照组分别注射生理盐水或饮不含药的水.到期用20%乌拉坦(5mL/kg体重)腹腔注射麻醉大鼠,经腹主动脉取血,然后取心脏,立即存放液氮中保存.采用放射免疫分析法测定血浆T_3,T_4浓度.     

人类线粒体DNA中碱基缺失/插入的真伪能否从世系的系统发育关系来推断?

从线粒体DNA世系的系统发育关系角度来说, 稀少的点突变在多个不同世系(或者说单倍型类群)中出现, 就很有可能是错误的. 这条对mtDNA序列中观察到的稀少的点突变进行检验的经验是否对序列中出现的碱基缺失/插入也适用, 目前未见报道. 本研究中统计了国内50个不同人群2352个个体mtDNA序列中出现的一些稀少的碱基插入/缺失事件. 结果显示, 除去单倍型类群特征性或相关性的碱基缺失/插入外, mtDNA序列中的碱基插入/缺失事件, 特别是发生的位置上含有该突变碱基(碱基对)重复的时候, 基本上不能通过世系系统发育关系来判别其准确性. 对于研究中偶尔观察到的个别稀少的碱基插入/缺失事件, 建议进行独立多次的序列测定予以核实.     

反义核酸对β-地中海贫血基因(IVS-2-654 C→T)剪接缺陷抑制作用的研究

β-珠蛋白基因第2个内含子(IVS-2)中第654位核苷酸(nt654)C→T剪接缺陷型突变是中国人最常见的β-地中海贫血(简称β-地贫)突变类型之一.我们先前的研究表明,该突变在IVS-2第654位(nt654)上出现的单碱基取代产生了一个新的 GT二核苷酸,它联同旁侧序列构成了一个5＇异常剪接位点,同时还激活了IVS-2第579位(nt579)处3＇隐匿剪接位点,从而将 IVS-2nt580至 nt652之间一段73bp内含子序列作为额外的外显子插入外显子2和外显子3之间,产生了异常的β-珠蛋白mRNA,导致β~ -地贫.为了探讨反义核酸治疗β-地贫IVS-2-654 C→T突变的可能性,我们应用体外转录和体外剪接系统,以体外转录产生的特异反义RNA封闭IVS-2-654 C→T突变基因中3＇隐匿剪接位点和5＇异常剪接位点,使之失去活性,从而减少异常加工的mRNA并且部分恢复了正常剪接途径.     

基因合成的奠基人——哈尔·戈宾德·科拉纳

1953年,沃森和克里克DNA双螺旋模型的提出标志着分子生物学的诞生,而1958年克里克提出中心法则,进一步阐述了DNA发挥信息载体功能的机制.DNA中的遗传信息需要转换为蛋白质中的结构信息才可实现生物学功能,这其中涉及到一个关键问题,即DNA(或RNA)中的碱基序列决定蛋白质中氨基酸序列的秘密,科学家将"碱基顺序决定氨基酸顺序"这一特性称为遗传密码.20世纪60年代,破译遗传密码成为当时分子生物学领域最迫切需要解决的重大问题之一.1961年,美国国立卫生研究院的科学家尼伦伯格(Marshall Warren Nirenberg)首先应用大肠杆菌无细胞体系确定了第一个遗传密码,即UUU编码苯丙氨酸[1].1966年,所有64种遗传密码全部破译成功,世界多位科学家为此做出了卓越贡献,有两位科学家发挥了关键性作用,除尼伦伯格外,另一位就是美国籍印度裔科学家哈尔·戈宾德·科拉纳(Har Gobind Khorana)[2].