تخمین نوکلئوفیلیسیتی هترواتمها در بازها و جفت بازهای DNA

Transcript

1 مجله شیمی کوانتومی و اسپکتروسکوپی 4:92 )9313( Journal of Quantum Chemistry and Spectroscopy (JQCS) تخمین نوکلئوفیلیسیتی هترواتمها در بازها و جفت بازهای DNA علی ابراهیمی * فاطمه کاظمی حجت ثمره دالرامی فاطمه پاکزاد دانشگاه سیستان و بلوچستان دانشکده علوم پایه گروه شیمی زاهدان ایران تاریخ ثبت اولیه: 0494/05/2 تاریخ دریافت نسخه اصالح شده: 0494/00/02 تاریخ پذیرش قطعی: 0494/00/20 چکیده در این تحقیق هسته دوستیهای بازها و جفت بازهای DNA به منظور پیشبینی فعالیت آنها محاسبه شده است. بعد از بهینهسازی ساختاری هسته دوستیهای کلی و موضعی هر یک از ترکیبات با استفاده از محاسبات کوانتوم مکانیکی در سطح B3LYP/ G(d,p) بدست آمده است. توابع فوکوئی چگال اطالعات مهمی در مورد عملکرد جایگاههای فعال در مولکولها ارائه میدهند. طبق بررسی انجام شده مشخص شد که تشکیل پیوند هیدروژنی هسته دوستی را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد.همچنین مقادیر هسته دوستی با استفاده از مقدار چگالی الکترونی محاسبه شده در نقطه بحرانی پیوند توسط تحلیل اتمها در مولکولها )AIM( بدست آمده است. تحلیل AIM بر روی توابع موج در سطح نظری B3LYP/ G(d,p) انجام شده است. مقادیر پروتون افینیتی بازیسیته و پتانسیل الکترواستاتیک نیز در سطح مذکور محاسبه شده است. در موارد بسیاری ترتیب پروتون افینیتی بازیسیته و پتانسیل الکترواستاتیک با یکدیگر همخوانی دارند. واژه های کلیدی: گوانین سیتوزین آدنین تیمین محاسبات کوانتوم مکانیکی هسته دوستی. 9. مقدمه اسید نوکلئیک یکی از ماکرومولکولهای زیستی است که وظیفه ذخیره اطالعات ژنتیکی را در سلول بر عهده دارد. اسیدهای نوکلئیک بسپارهایی از نوکلئوتیدها با زنجیر طوالنی و وزن مولکولی باال هستند. زیر واحد تکرار شونده اصلی دئوکسی ریبو نوکلئیک اسید نوکلئوتیدی )DNA( است که از سه قسمت تشکیل شدهاست: یک قند پنتوز که 2 -دئوکسی ریبوز نامیده میشود یک مولکول فسفریک اسید و یکی از * عهده دار مکاتبات: علی ابراهیمی نشانی: زاهدان دانشگاه سیستان و بلوچستان- دانشکده علوم پایه- گروه شیمی پست الکترونیک: ebrahimi@chem.usb.ac.ir تلفن:

2 سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 مجله شیمی کوانتومی و اسپکتروسکوپی 44 چهار باز آلی نیتروژندار حلقوی آدنین )A( گوانین )G( سیتوزین )C( و تیمین )T( )شکل 0(. در توالی تعداد T و A با یکدیگر و C نیز و G با یکدیگر مساوی میباشند. از این چهار باز دو باز آدنین و گوانین از بازهای پورینی و دو باز سیتوزین و تیمین از بازهای پیریمیدینی میباشند] 0 [. شکل 9. بازهای موجود درDNA. پیوندهای هیدروژنی بین آدنین از یک رشته با باز تیمین رشته مقابل و باز گوانین یک رشته با سیتوزین رشته مقابل بهوجود میآیند. گرچه از نظر اندازه هر باز پورینی میتواند در مقابل یک باز پیریمیدین قرار بگیرد ولی جفت شدن دقیق بازها طبق قانون»واتسون-کریک«]2[ به دلیل وجود گروههای شیمیایی روی بازها و ویژگیهای پیوندهای هیدروژنی فقط بین G C و همچنین A T صورت میگیرد و ایجاد پیوند بین G T و A C ممکن نیست )شکل 2(. H 8 H 9 H 6 ' N N 7 6 C 8 C 5 C 6 A H 6... O 4 C 4 N 9 C 4 N... 1 H 3 N 3 T CH 3 C 5 C 6 N 3 C 2 C 2 N 1 H 2 O 2 H 1 H 6 H 8 H 9 H 4 ' N O... 6 H 4 N 4 H 5 7 C 8 C 5 C C C G N 9 C 4 N N C 1 H... 1 C 6 N 3 C 3C2 N1 3 N 2 H... 2 O H 1 2 H 2 ' H 6 شکل 2. ساختار جفت بازهای A-T و G-C موجود در DNA پیریمیدینها و پورینها ترکیباتی تقریبا پایدار با ویژگیهای آروماتیک هستند. موقعیتهای 2 و 3 5 بازهای پیریمیدینی با کمبود الکترون روبرو هستند بنابراین میتوانند با معرفهای هسته دوست واکنش دهند به ویژه موقعیت 5 که در قیاس با موقعیت 2 گروهی با واکنشپذیری بیشتر دارد. در بازهای پورینی موقعیتهای 5 2 و 8 کمبود الکترون دارند. این موقعیتها در بازهای پورینی و پیریمیدینی دارای ویژگی الکترون دوستی هستند. همچنین اتمهای اکسیژن و نیتروژن موجود در ساختار این بازها دارای جفت الکترون غیر پیوندی هستند بنابراین این اتمها میتوانند

3 45 ابراهیمی و همکاران سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 این جفت الکترون را در اختیار معرفهای الکترون دوست قرار دهند و با این معرفها واکنش دهند. این موقعیتها در بازهای پورینی و پیریمیدینی دارای ویژگی هسته دوستی هستند. در این کار با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتومی هستهدوستی موضعی هترواتمها در بازها و جفت بازهای DNA توسط دو روش مطالعه شده است که در یکی از آنها از توابع فوکوئی ]4-0[ و در دیگری از داده های نقطه بحرانی پیوند ]5-7[ B HX استفاده شده است تا فعالترین جایگاه در این بازها که میتواند مورد حمله الکترون دوستها قرار گیرد و همچنین تغییر فعالیت این جایگاههای هسته دوست پس از جفت شدن بازها مشخص شود. همچنین در این کار بازیسیته پروتون افینیتی هترواتمها و پتانسیل الکترواستاتیک مربوط به نواحی اطراف جفت الکترون ناپیوندی هترواتمها در بازهای بیولوژیکی مورد مطالعه قرار گرفته است ]8[. 2. روشهای محاسباتی همه محاسبات کوانتوم مکانیکی به کمک نرم افزار Gaussian 09 ]9[ در سطح B3LYP/ G(d,p) 3.0 ]05[ انجام شده است. محاسبات تحلیل جمعیت طبیعی analysis)npa( natural population به منظور بدست آوردن جمعیت الکترون روی هر اتم با استفاده از نرمافزار NBO ]00[ قرار داده شده در Gaussian 09 نیز در سطح مذکور انجام شده است. تابع فوکوئی چگال یکی از مهمترین توصیفگرهای فعالیت موضعی است که اطالعات مهمی درمورد عملکرد جایگاههای فعال در مولکولها ارائه میدهد ]02[. هسته دوستی موضعی از ضرب تابع فوکوئی در هسته دوستی کلی مولکول بهدست میآید )معادله 0( که بدین منظور از تابع فوکوئی برای حمله الکتروفیلی )معادله 2( استفاده شده است. N k = N f k f k = q k (N) q k (N 1) ) 0( ) 2( به منظور محاسبه f k از جمعیتهای الکترونی روی هر اتم توسط دو روش تحلیل جمعیت مولیکن )MPA( و NPA استفاده شده است.در این کار برای محاسبه هسته دوستی کلی مولکولها از چهار روش زیر استفاده شده است )معادالت 4 تا 5( ]04[ N = E HOMO E HOMO(TCE) (ev) ) 4( N = 1 ω ; ω = µ2 2η N = 10 ω ω = Ӏ2 2(Ӏ A) N = 10 ω ω = (3Ӏ+A)2 16(Ӏ A) (Ӏ + A) η = (Ӏ A) E LUMO E HOMO, µ = 2 (E HOMO + E LUMO ) 2 ) 3( ) 0( ) 5( که در اینجا ω شاخص الکتروندوستی کلی µ پتانسل شیمیایی الکترونی ]03[ η سختی شیمیایی I انرژی یونش عمودی )تغییر انرژی وقتی که یک الکترون از سیستم حذف میشود( و A الکترون خواهی )تغییر انرژی در نتیجه اضافه کردن یک الکترون به سیستم( است. پروتون افینیتی و بازیسیتهی یک ترکیب در فاز گازی در دمای 298/00 کلوین به ترتیب به عنوان تغییرات آنتالپی و انرژی آزاد گیبس طی پروتونه شدن آن تعریف میشوند. PA= H 0 g (A) + H 0 g (H+) - H 0 g (AH+) ) 7(

4 سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 مجله شیمی کوانتومی و اسپکتروسکوپی 44 GB= G 0 g (A) + G 0 g (H+) - G 0 g (AH+) ) 8( که مقادیر آنتالپی و انرژی آزاد گیبس پروتون در فاز گازی به ترتیب برابر با 0/38 و 5/28 کیلوکالری بر مول است ]00[. چگالی الکترونی در نقطه بحرانی پیوند B HF به منظور تخمین هسته دوستی توسط معادله )7( با روش اتمها در مولکول )AIM( روی توابع موج بهدست آمده در سطح B3LYP/ G(d,p) و با استفاده از نرم افزار ]05[ AIM2000 انجام شده است. P = cn B E HX ) 9( که در اینجا P یکی از خواص مکان شناختی چگالی الکترونی در نقطه بحرانی پیوند شامل 2 ρ ρ و c G یک ثابت تناسب N هستهدوستی و E الکتروندوستی واحدهای منفرد B )باز لوئیس( و HX )هیدروژن هالید( در کمپلکس دارای پیوند هیدروژنی B HX هستند. فایلهای الزم برای محاسبهی پتانسیل الکترواستاتیک مولکولی )MEP( 0 نیز با کمک نرم افزار Gaussian 09 در سطح B3LYP/ G(d,p) بدست آمده است. برای مشاهدهی از برنامه استفاده شده است. منفیترین نقاط min( V( از دادههای پتانسیل MEP Gaussview MEP الکترواستاتیک برای نواحی نزدیک به جفت الکترون اتم نیتروژن و اکسیژن موجود در بازها و جفت بازهای DNA بدست آمده است. 3. نتایج و تجزیه و تحلیل داده ها در این تحقیق از بازها و جفتبازهای نرمال DNA شامل A-T C G T A است. ساختارهای اولیهی تمامی بازها و جفتبازها در سطح نظری و G-C B3LYP/ G(d,p) استفاده شده که ساختار آنها در شکل )4( نشان داده شده بهینه شده است. از نتایج حاصل از تحلیلهای NBO AIM و MEP برای تخمین هسته دوستی و فعالیتهای موضعی برخی از هترواتمها در ساختارهای مذکور استفاده شده است که در ادامه بحث به بررسی تفصیلی هر کدام پرداخته شده است. شکل 3. ساختار بهینه بازها و جفت بازهای.DNA 1 molecular electrostatic potential

5 44 ابراهیمی و همکاران سال چهارم شماره 02 زمستان تخمین هسته دوستی کل به منظور تخمین مقادیر هسته دوستی کلی بازها و جفت بازها از معادالت )4( تا )5( استفاده شده است. مقادیر انرژی HOMO انرژی E( LUMO( LUMO و مقادیر هسته دوستی کلی )N( در جدول 0 درج شده است. )E HOMO( جدول 9. مقادیر انرژی LUMO HOMO و مقادیر هسته دوستی کلی بدست آمده با استفاده از معادالت )3( تا )4( برای بازها و جفت بازهای DNA )بر حسب.)eV A T C G A-T G-C -E HOMO -E LUMO EL-EH N(I) N(II) N(III) N(IV) 5/430 5/990 0/404 4/033 5/795 2/555 2/045 5/994 0/073 0/309 2/390 5/090 2/205 0/753 5/550 0/470 0/290 2/824 5/505 2/483 0/805 5/005 5/858 0/239 4/472 5/850 2/855 2/273 5/093 0/330 3/704 4/290 5/502 2/378 0/897 0/053 0/597 4/855 4/980 5/087 2/004 0/847 N میتوان گفت که هرچه تفاوت انرژی بین دو تراز HOMO و LUMO کمتر باشد الکترون راحتتر میتواند از تراز انرژی پایین به تراز باالتر منتقل شود بنابراین مولکولی که دارای شکاف کوچکتری بین HOMO و LUMO باشد راحتتر میتواند الکترون را در اختیار یک مولکول الکترون دوست قرار دهد )هر قدر این کمیت کوچکتر باشد قدرت هسته دوستی آن مولکول بیشتر است(. مطابق جدول 0 شکاف H-L برای بازها دارای روند T > A > C > G است و روند هسته دوستی کلی به صورت G > A > C > T است. میتوان گفت تقریبا رابطه معکوس بین این دو شاخص برقرار است. بزرگی شکاف H-L برای جفت باز G-C کمتر از این مقدار برای A-T هستند. است و انتظار میرود که هسته دوستی کلی -G C بیشتر از A-T باشد. در اینجا هسته دوستی کلی محاسبه شده با معادالت )4( و )0( این انتظار را برآورده میکند اما معادالت )3( و )5( مقدار را برای A-T بیشتر از G-C تخمین میزنند. شاید بتوان گفت که روشهای )4( و )0( برای محاسبه هسته دوستی کلی جفت بازها مناسبتر 2-3. تخمین هسته دوستی موضعی با استفاده از توابع فوکوئی هسته دوستی موضعی )k N( برخی از جایگاههای اتمی در بازها و جفت بازهای DNA با استفاده از معادالت )0( و )2( محاسبه شده است. مقادیر محاسبه شده توابع فوکوئی و N k برای بازها و جفت بازها در جدول 2 آورده شده است )با توجه به تخمین N از چهار معادله چهار مقدار برای N k گزارش شده است(. روند هسته دوستی مبتنی بر نتایج تحلیل جمعیت NPA و MPA برای هترواتمهای باز A به صورتN9 N3>N1>N7> است. همانطور که انتظار میرود نیتروژن شماره 9 که جفت الکترون ناپیوندی روی آن مستقر نیست کمترین مقدار هسته دوستی را دارد. هسته دوستی هترو اتمهای باز T دارای روند O2>O4 است. مقایسهی مقادیر هسته دوستی این موقعیتها در بازها با جفت باز A-T نشان میدهد که هسته دوستی همهی جایگاههای

6 سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 مجله شیمی کوانتومی و اسپکتروسکوپی 44 اتمی پس از تشکیل جفت باز کاهش مییابد به طور ویژه قابل توجهی دچار کاهش هسته دوستی میشوند. معموال N1(A) O2(T) H2(A) باز A-T است که باعث میشود هسته دوستی آن اندکی کاهش تقریبا دو برابر O4(T) است(. ترتیب هسته دوستی برای هترو اتمهای دارای الکترون ناپیوندی در جفت باز A-T به صورت و O4(T) که پس از جفت شدن درگیر پیوند هیدروژنی میشوند و به میزان در تشکیل پیوند هیدروژنی شرکت نمیکند و دارای برهمکنش ضعیف با یابد اما نه به اندازه کاهش هسته دوستی O4(T) )هسته دوستی O2(T) در جفت N3(A) > N7(A) است )هسته دوستی در باز N3 A و جفت باز A-T بیشترین مقدار را دارد(. بهطور کلی میتوان گفت که در هنگام جفت شدن بازها کاهش هسته دوستی T بسیار بیشتر از A می باشد و هسته دوستی N1(A) و N7(A) پس از تشکیل جفت باز تقریبا یکسان است. پس از جفت شدن هیدروژنی دچار ازدحام فضایی میشود این اثرات در تخمین هسته دوستی به طور مستقیم به حساب نمی آید. N1(A) عالوه بر شرکت در پیوند جدول 2. مقادیر تابع فوکوئی و هسته دوستی موضعی )بر حسب )ev مربوط به جایگاههای اتمی در بازها و جفت بازهای DNA با استفاده از دو روش NPA و.MPA fk - Nk(0) Nk(2) Nk(4) Nk(3) N1(A) 5 / 572(5/594) 5/228(5/290) 5/508(5/573) 5/094(5/235) 5/000(5/098) N3(A) 5 / 005(5/050) 5/370(5/055) 5/009(5/028) 5/499(5/328) 5/425(5/433) N7(A) 5/555(5/589) 5/088(5/279) 5/538(5/570) 5/009(5/245) 5/028(5/089) N9(A) 5/524(5/523) 5/572(5/570) 5/508(5/509) 5/550(5/553) 5/539(5/500) O2(T) 5/075(5/070) 5/335(5/347) 5/053(5/054) 5/490(5/488) 5/455(5/299) O4(T) 5/039(5/033) 5/470(5/409) 5/588(5/580) 5/429(5/409) 5/204(5/230) N1(A-T) 5/530(5/503) 5/047(5/077) 5/527(5/540) 5/054(5/044) 5/579(5/052) N3(A-T) 5/050(5/003) 5/437(5/473) 5/559(5/573) 5/250(5/280) 5/255(5/200) N7(A-T) 5/532(5/552) 5/035(5/254) 5/528(5/535) 5/050(5/004) 5/585(5/007) O2(T-A) 5/500(5/539) 5/058(5/055) 5/544(5/542) 5/025(5/020) 5/597(5/592) O4(T-A) 5/525(5/528) 5/587(5/592) 5/507(5/508) 5/550(5/559) 5/505(5/504) O6(G) 5/075(5/054) 5/074(5/038) 5/035(5/035) 5/377(5/305) 5/485(5/475) N3(G) 5/043(5/048) 5/302(5/355) 5/000(5/009) 5/475(5/488) 5/450(5/403) N7(G) 5/505(5/592) 5/058(5/400) 5/534(5/579) 5/035(5/208) 5/003(5/259) O2(C) 5/455(5/274) 5/837(5/775) 5/097(5/079) 5/700(5/505) 5/005(5/055) N3(C) 5/075(5/004) 5/398(5/342) 5/005(5/055) 5/320(5/450) 5/427(5/283) O6(G-C) 5/035(5/045) 5/009(5/008) 5/582(5/575) 5/404(5/427) 5/208(5/249) N3(G-C) 5/003(5/032) 5/504(5/053) 5/595(5/584) 5/487(5/405) 5/284(5/255) N7(G-C) 5/530(5/580) 5/078(5/435) 5/525(5/505) 5/002(5/203) 5/582(5/007) O2(C-G) -5/550(5/553) -5/520(5/505) -5/554(5/552) -5/504(5/505) -5/505(5/558) N3(C-G) -5/524(-5/542) -5/590(-5/025) -5/504(-5/509) -5/508(-5/579) -5/532(-5/508) عددهای درج شده در پرانتز با استفاده از تحلیل جمعیت مولیکن بدست آمدهاند.

7 41 ابراهیمی و همکاران سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 مطابق جدول 2 ترتیب هسته دوستی هترو اتمها در باز G به صورت O6>N3>N7 در باز C به صورت O2>N3 تعیین شده و در جفت باز G-C هسته دوستی N3(G) بیشتر از N7(G) تخمین زده شده است پس از تشکیل جفت باز هسته دوستی O6(G) و N7(G) کاهش یافته و هسته دوستی N3(G) نیز افزایش یافته است. علی رغم اینکه هنگام تشکیل جفت باز افزایش یافته هسته دوستی آن در جفت باز G-C بیشتر از O6(G) N7(G) درگیر پیوند هیدروژنی شده و ازدحام فضایی اطراف آن نیز به دست آمده است. از طرف دیگر مقادیر توابع فوکوئی اتمهای O2(C) N3(C) پس از تشکیل جفت باز منفی شده است که منطقی به نظر نمیرسد. و 3-3. تخمین هسته دوستی با استفاده از چگالی الکترونی نقطه بحرانی پیوند B HX در اینجا باز لوئیس یا B همان باز یا جفت باز است و اسید لوئیس HX نیز HF انتخاب شده است. یک نمونه نمودار مولکولی بدست آمده از محاسبات AIM برای این ساختارها در شکل )3( نشان داده شده است. با استفاده از معادله )9( هسته دوستی موضعی برای جایگاههای اتمی مهم در بازها و جفت بازها محاسبه شده است. برای بهدست آوردن ثابت c در این معادله مقادیر هسته دوستی آب و الکترون دوستی HF برابر با 05 انتخاب شده است و با جایگذاری چگالی الکترونی )ρ( به دست آمده 05 3/50 3- ρ محاسبه شده از محاسبات AIM انرژی تشکیل در نقطه بحرانی پیوند B HF به جای P مقدار c برابر با بهدست آمده است. B HF کمپلکس comp( E ( و هسته دوستی موضعی محاسبه شده از معادله )9( برای جایگاههای اتمی مهم در بازها و جفت بازها در جدول 4 ارائه شده است. انتظار داریم که با افزایش هسته دوستی E comp نیز افزایش یابد که برای همه جایگاهها این وابستگی مشاهده میشود. شکل 4. نمودار مولکولی به دست آمده از محاسبات AIM برای.HF G-C دایرههای کوچک نشان دهنده نقاط بحرانی پیوند و خطوط نشان دهنده مسیر پیوند است. مطابق جدول 4 ترتیب هسته دوستی جایگاههای اتمی در باز A به صورت N1>N3>N7 میباشد که در توافق با ترتیب هسته دوستی بهدست آمده از توابع فوکوئی )جدول 2( نیست. شاید این اختالف به برهمکنش اندک بین اتم فلوئور و هیدروژنهای مجاور مربوط باشد. هسته دوستی O2 و O4 در باز T تقریبا برابر است در حالیکه با استفاده از تابع فوکوئی هسته دوستی O2 بیشتر از O4 بهدست آمده است )جدول 2(. در جفت باز A-T روند فعالیت هسته دوستی جایگاهها به صورت دوستی هترو اتمهای باز G به صورت N3>N7 N3>N7>O6 و در مورد C به صورت است که در توافق با نتایج بدست آمده از توابع فوکوئی است. ترتیب هسته N3>O2 است که در توافق با نتایج حاصل از تابع فوکوئی نیست. از طرف دیگر ترتیب بزرگی نسبی هسته دوستی هترو اتم N در G و جفت باز G-C در توافق با نتایج حاصل از تابع فوکوئی است.)N3>N7( میتوان گفت جایی که نوع هترو اتم یکسان است مقایسه مقادیر هسته دوستی به دست آمده از روشهای فوق بیشتر قابل اعتماد است.

8 سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 مجله شیمی کوانتومی و اسپکتروسکوپی 55 جدول 3. مقادیر چگالی الکترونی) ρ ( در نقاط بحرانی پیوند B HF )بر حسب )au انرژی تشکیل کمپلکس B HF )بر حسب 1- mol )kcal و هسته دوستی موضعی )برحسب.DNA مربوط به جایگاههای اتمی در بازها و جفت بازهای )ev ρ - Ecomp Nk N1(A) 5/554 04/984 00/502 N3(A) 5/555 03/032 03/957 N7(A) 5/508 04/235 03/475 O2(T) 5/530 05/520 05/003 O4(T) 5/532 05/444 05/444 N3(A-T) 5/555 03/040 03/830 N7(A-T) 5/508 04/007 03/285 O6(G) 5/535 00/505 9/820 N3(G) 5/555 04/505 05/200 N7(G) 5/505 02/949 02/225 O2(C) 5/537 04/397 00/582 N3(C) 5/503 04/825 04/240 N3(G-C) 5/558 03/730 05/722 N7(G-C) 5/504 03/000 04/ محاسبه پروتون افینیتی بازیسیته و پتانسیل الکترواستاتیک مولکولی نقشه پتانسیل الکترواستاتیک بازها و جفت بازهایی که در این کار مورد بررسی قرار گرفتهاند در شکل )0( نشان داده شده است. با استفاده از این شککل میتوان هسکته دوسکتی هترواتمها را در بازهای مجزا و جفت بازها به طور کیفی مقایسکه نمود. مقادیر عددی پتانسیل الکترواستاتیک مولکولی )MEP( پروتون افینیتی )PA( و بازیسکیته )GB( برای جایگاههای مهم در بازها و جفت بازها در جدول 3 درج شکده اسکت. مشکاهده میشکود که روند تغییرات GB PA و MEP کامال یکسان است. این روند برای باز A به صورتN1>N3>N7 برای باز T به صورت O4>O2 و برای جفت باز A-T به صککورت N3>N7 اسککت که در توافق کامل با ترتیب هسککته دوسککتی بدسککت آمده از روش چگالی الکترونی در نقطه بحرانی پیوند B HF است. روند تغییرات برای باز G به صورت N7>O6>N3 و برای جفت باز G-C به صورت N7>N3 است. در مورد باز C روند مقادیر PA و GB برای اتمهای O2 و N3 تقریبا یکسککان اسککت در حالیکه مقدار MEP برای O2 منفیتر از N3 اسککت. میتوان گفت که نتیجه حاصل از محاسبه MEP با نتیجه بدست آمده از توابع فوکوئی برای باز C همخوانی دارد.

9 59 ابراهیمی و همکاران سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 شکل 5. نقشه پتانسیل الکترواستاتیک دو بعدی بازها و جفت بازهای.DNA جدول 4. مقادیر پروتون افینیتی PA( برحسب mol-1 )kcal بازیسیته GB( برحسب mol-1 )kcal و پتانسیل الکترواستاتیک MEP( برحسب )au مربوط به جایگاههای اتمی در بازها و جفت باز های.DNA PA GB MEP N1(A) 220/ /700 5/593 N3(A) 223/ /220 5/592 N7(A) 207/ /958 5/587 O2(T) 098/ /925 5/570 O4(T) 253/ /300 5/585 N3(A-T) 229/ /309 5/590 N7(A-T) 222/ /702 5/595 O6(G) 224/ /872 5/053 N3(G) 202/ /739 5/558 N7(G) 229/ /930 5/002 O2(C) 228/ /957 5/000 N3(C) 228/ /352 5/050 N3(G-C) 240/ /795 5/590 N7(G-C) 249/ /252 5/027

10 سال چهارم شماره 02 زمستان 0494 مجله شیمی کوانتومی و اسپکتروسکوپی نتیجهگیری در این کار هسته دوستی هترو اتمها در بازها و جفت بازهای DNA با استفاده از توابع فوکوئی و چگالی الکترونی در نقطه بحرانی پیوند در سطح B3LYP/6311++G(d,p) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که تشکیل پیوند هیدروژنی هسته دوستی را به B HF میزان قابل توجهی کاهش میدهد. اگر چه در برخی موارد نتایج بدست آمده توسط این دو روش با یکدیگر همخوانی ندارند ولی میتوان گفت جایی که نوع هترو اتم یکسان است مقایسه مقادیر هسته دوستی به دست آمده از دو روش بیشتر قابل اعتماد است. بررسی مقادیر بازیسیته و پروتون افینیتی این ترکیبات که در سطح B3LYP/6311++G(d,p) محاسبه شده است ارتباط منطقی بین آنها را نشان می دهد به طوری که هر دو خاصیت با افزایش پایداری هسته دوست/باز کاهش مییابد. از طرف دیگر پتانسیل الکترواستاتیک مولکول در اطراف هترواتمها یک معیار خوب برای بررسی توانایی این هترواتمها در پذیرفتن هیدروژن میباشد. تقریبا در تمامی موارد ترتیب مقادیر پتانسیل الکترواستاتیک با پروتون افینیتی و بازیسیته همخوانی دارد. [0] D. Touboul, G. Bouchoux, R. Zenobi, J. Phys. Chem. B, 112 (2008) مراجع [2] J.D. Watson, F.H.C. Crick, Nature, 171 (1953) 737. [3] W. Yang, W.J. Mortier, J. Am. Chem. Soc., 108 (1986) [4] Y.H. Jhon, J.G. Shim, J.H. Kim, H.J. Lee, K.R. Jang, J.Kim, J. Phys. Chem. A, 114 (2010) [5] R.G. Parr, W. Yang, J. Am. Chem. Soc., 106 (1984) [6] A.C. Legon, D.J. Millen, J. Am. Chem. Soc., 109 (1987) 356. [7] A.Legon, Angew. Chem., Int. Ed., 38 (1999) [8] S.R. Gadra, R.N.Shirsat, Electrostatics of Atoms and Molecules, Universities Press: Hyderabad, India, (2000). [9] M.J. Frisch, et al., Gaussian 09, Revision A.02, Gaussian, Inc., Wallingford CT (2009). [10] A.D. Backe, J. Chem. Phys., 98 (1993) [11] E.D. Glendening, A.E. Reed, J.E. Carpenter, F. Weinhold, NBO version 3.1; theoretical chemistry institute; University of Wisconsin, Madison, (1990). [12] J. Padmanabhan, R. Parthasarathi, U. Sarkar, V. Subramanian, P.K. Chattaraj, Chem. Phys. Lett., 383 (2004) 122. [13] S.Roy, S. pratihar, J. Org. Chem., 75 (2010) [14] R.G. Parr, R.A. Donnelly, M. Levy, W.E. Palke, J. Chem. Phys., 68 (1978) [15] A. Moser, K. Range, D.M. York, J. Phys. Chem. B, 114 (2010) [16] Biegler König,F.W. Schönbohm,J. Bayles,D.AIM A program to analyze and visualize atoms in molecules J. Comput. Chem., 22 (2001) 545.