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DNA光解酶催化修复环丁烷嘧啶二聚体的机理研究

薛培  周艳  
【摘要】:环丁烷嘧啶二聚体(CPD)是紫外光诱发DNA损伤的主要光产物。CPD的产生影响DNA的复制、翻译和转录,引起细胞变异甚至死亡以及引发皮肤癌。DNA光解酶可通过光诱导的电子转移催化裂解CPD,从而修复紫外线引起的DNA的主要损伤。为了了解DNA光解酶催化裂解CPD的机理,我们分别在气相和液相中使用ωB97XD/6-311++G(2df,2pd)的方法计算了环丁烷嘧啶二聚体阴离子(CPD~-)、环丁烷嘧啶二聚体自由基阴离子(CPD~(·2-))、质子化环丁烷嘧啶二聚体(p CPD)和质子化环丁烷嘧啶二聚体自由基阴离子(p CPD~(·-))这四种CPD模型的裂解二维势能面,以及计算了质子在活性部位保守残基Glu283和CPD模型之间转移的势能曲线,并在DNA光解酶中在ωB97XD/6-31G*/MM水平上对催化裂解CPD~(·2-)进行了二维势能面的扫描,同时研究了Glu283不同的质子化状态对催化反应的影响。量化的计算结果表明,CPD裂解的反应机理最有可能是CPD~(·2-)反应机理,即CPD~-从DNA光解酶中获得一个电子之后C5-C5′键断裂,然后C6-C6′键断裂,为分步反应机理,其中C6-C6′断裂为速率决速步,电子转移是降低活化能的关键,质子化CPD模型可以稳定反应物和中间产物,但是不能提高裂解的速率。QM/MM的计算结果表明在酶当中,在Glu283脱氢的情况下,CPD~(·2-)裂解的机理为异步协同反应机理,没有稳定的中间态,而若Glu283未脱氢,则可以稳定中间产物。

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