مطالعه ي نظري اثر كاتيون هاي فلزي قليايي و قليايي خاكي، گروه هاي استخلافي الكترون دهنده و الكترون كشنده و الگوهاي مختلف اتصال زنجيره ي جانبي اسيد آمينه ي آرژنين بر قدرت و ماهيت پيوندهاي هيدروژني منفرد در جفت باز گوانين-سيتوزين DNA

پيوندهاي هيدروژني نقش مهمي در حفظ پايداري ساختار دورشته‌اي و عملكرد DNA دارند و قدرت و ماهيت اين پيوندها تحت تأثير عوامل مختلف تغيير مي‌كند. در اين رساله، در پژوهش نخست، به‌منظور بررسي قدرت و ماهيت پيوندهاي هيدروژني منفرد (مشخص‌شده با حروف (O6⋯H–N4) a، (N1–H⋯N3) b و (N2–H⋯O2) c) و همچنين ارزيابي پايداري كمپلكس در جفت‌باز گوانين–سيتوزين در شكل واتسون–كريك (GC (WC))، به‌ترتيب از روش اتم‌هاي كوانتومي برهم‌كنش‌كننده (IQA) و روش قطعه‌هاي كوانتومي برهم‌كنش‌كننده (IQF) استفاده شد. در ادامه، تأثير افزودن كاتيون‌هاي فلزي قليايي و قليايي‌خاكي (پژوهش نخست)، تغيير شكل جفت‌باز از حالت واتسون–كريك به هوگستين خنثي (GC* (HG)) و هوگستين پروتونه‌شده (GC⁺ (HG)) و همچنين افزودن گروه‌هاي استخلافي (پژوهش دوم)، و الگوهاي مختلف اتصال زنجيره‌ي جانبي اسيدآمينه‌ي آرژنين (پژوهش سوم) بر ويژگي‌هاي پيوندهاي هيدروژني و پايداري جفت‌باز GC (WC) بررسي شد. نتايج تحليل IQA نشان مي‌دهد كه در جفت‌باز مرجع، قدرت پيوندهاي هيدروژني به‌ترتيب a ‎> b ‎> c بوده و ماهيت آن‌ها عمدتاً الكترواستاتيكي است، به‌طوري‌كه انتقال بار نقش كليدي در تقويت اين پيوندها ايفا مي‌كند. افزون‌براين، تحليل IQF نقش مهم اشتراك الكترون و مؤلفه‌هاي همبستگي–تبادلي ميان‌قطعه‌اي را در فرايند پايدارسازي جفت‌باز آشكار مي‌سازد. حضور كاتيون‌ها، گروه‌هاي استخلافي و الگوهاي مختلف اتصال آرژنين، اگرچه موجب تغيير در قدرت نسبي پيوندهاي هيدروژني مي‌شود، اما ماهيت كلي آن‌ها همچنان عمدتاً الكترواستاتيكي با سهم غالب انتقال بار باقي مي‌ماند و قطبش نقشي جزئي و ناپايداركننده دارد. بررسي‌هاي مبتني بر IQF و محاسبات انرژي ابرمولكولي نشان مي‌دهد كه كاتيون‌ها موجب افزايش پايداري كلي جفت‌باز مي‌شوند و شدت اين اثر به بار و شعاع يوني وابسته است، به‌گونه‌اي كه كاتيون‌هاي كوچك‌تر و با بار بيشتر بيشترين اثر پايداركننده را دارند. همچنين نتايج نشان مي‌دهد كه در ميان جفت‌بازهاي بررسي‌شده، GC⁺ (HG) پايدارترين و GC* (HG) ناپايدارترين ساختارها هستند. پايداري بيشتر GC⁺ (HG) ناشي از پروتون‌دار شدن سيتوزين در موقعيت N3 و تقويت پيوند هيدروژني b است، در حالي‌كه كاهش پايداري GC* (HG) به جايگزيني گروه آمينوي سيتوزين با شكل توتومري ايمينو در موقعيت الكترون‌دهي پيوند a نسبت داده مي‌شود كه موجب كاهش توان الكترون‌دهي و قطبيت پيوند N–H مي‌گردد. افزون بر اين، قرارگيري گروه‌هاي الكترون‌كشنده (EW) و الكترون‌دهنده (ED) به‌ترتيب بر روي نوكلئوبازهاي گوانين و سيتوزين موجب افزايش پايداري جفت‌باز GC (WC) مي‌شود، در حالي‌كه اين روند در جفت‌بازهاي هوگستين خنثي و پروتونه‌شده معكوس است. در نهايت، تحليل IQF نشان مي‌دهد كه هندسه و الگوي اتصال آرژنين نقش مهمي در بازتوزيع انرژي داخلي و تغيير برهم‌كنش‌هاي ميان‌قطعه‌اي و ميان‌اتمي ثانويه دارد. كاهش انرژي تغييرشكل نيز بيانگر كاهش تنش ساختاري و تقويت پايداري كلي كمپلكس‌ها، به‌ويژه در الگوهاي دودندانه‌اي است. به‌طور كلي، نتايج سه پژوهش نشان مي‌دهد كه اگرچه ماهيت پيوندهاي هيدروژني منفرد عمدتاً الكترواستاتيكي با سهم غالب انتقال بار است، پايداري كلي جفت‌بازها و مشتقات آن‌ها عمدتاً تحت كنترل اشتراك‌گذاري الكترون و مؤلفه‌هاي همبستگي–تبادلي ميان‌قطعه‌اي قرار دارد كه اين موضوع با مقدارهاي نسبتاً زياد شاخص عدم استقرار الكتروني كل تأييد مي‌شود.

238004

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان