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金属离子普遍存在于生物体细胞内,同时细胞中还存在多种生物大分子以及水分子。本文主要研究金属离子与碱基以及水分子间的相互作用。研究时应用ABEEMσπ/MM联合高水平从头算方法对五种核酸碱基(A、T、G、U、C)与碱金属离子Na+/K+形成的复合物 base-M+-(H2O)n(A/T/G/U/C,M=Na/K,n=0～3)以及 M+-(H20)n(n=1～6)进行理论研究。本文采用 MP2/6-311+G(d,p)方法优化 base-M+、base-M+-(H20)n(n=1～3)体系的结构,并对复合物稳定结构进行了频率计算,使用相同基组方法计算能量并进行BSSE校正,选用HF/STO-3G方法计算体系的电荷分布。结果表明随着体系中分子数逐渐增多,金属离子的电荷逐渐降低;且当配位分子逐渐增多时,金属离子与配位原子间的距离逐渐增大。以HF/STO-3G方法计算的体系电荷分布为参考,根据最小二乘法拟合确定ABEEMσπ/MM模型下的Na+/K+的电荷参数(价态电负性χ*和价态硬度η*)。以MP2/6-311+G(d,p)方法计算出的base-M+-(H2O)n的结合能为参考确定金属离子与碱基及水分子的氢键拟合函数参数k(Rij)。最后应用ABEEMσπ/MM模型中对M+-(H20)n(n=1～6)以及base-M+-(H2O)n(n=0～3)复合物的结构、能量以及电荷等性质进行计算,并与从头计算方法的结果进行对比,获得M+电荷的均方根偏差分别为0.076和0.072 a.u.,相对均方根偏差分别为10.8%和11.6%;结合能的均方根偏差分别1.652和1.487 kcal/mol,相对均方根偏差分别16.7%和6.1%;M+与配位原子间距的均方根偏差分别0.052和0.062 A,相对均方根偏差分别为2.6%和1.6%。由此可以看出本文获得的ABEEMσπ/MM模型的结果与量子化学结果有很好的一致性。应用以上参数及模型对含有500个水分子的T-Na+水溶液体系动力学性质进行了初步尝试研究,结果表明将平衡后体系结构与初始结构进行对比,键长、键角和二面角的均方根偏差分别为0.033 A、2.320°和4.460°。分析径向分布函数图可以看出,Na+周围存在碱基分子和水分子,且Na+与碱基间的作用比水分子更强,这与从头算结果一致。