DNA在甲醇/水混合溶剂中的结构稳定性研究
摘要
脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid,DNA）是人类生命活动中最重要的一种物质，其最显著的特征在于其具有稳定的双螺旋结构。DNA所处的水环境对于其维持双螺旋结构和实现功能有极其重要的作用。相对于水环境而言，甲醇则作为一种分子结构和极性都无比接近水且可以无限互溶的有机溶剂。因此探究DNA在甲醇以及甲醇/水混合溶剂中的结构稳定性对于DNA的环境适应性研究具有重要意义，并可以更进一步揭示溶剂环境的极性变化对于DNA结构稳定性的重要影响。 本论文采用分子模拟作为主要研究工具，系统地研究了DNA在甲醇/水混合溶剂中的构象转变、结构稳定性以及拉伸行为，从单分子水平上详细揭示了溶剂极性的改变对DNA结构稳定性的影响。具体的工作内容包含如下几个方面： （1）通过分子动力学模拟发现DNA在50%甲醇/水混合溶剂中，由于形成甲醇-水络合物从而使溶剂中几乎没有游离的水分子和甲醇分子，导致其双螺旋结构更加紧凑；而70%、75%和80%甲醇/水混合溶剂中，DNA的结构均表现出了不同程度的失稳，随着溶剂极性的增加由于溶剂中游离甲醇分子的逐渐增多，使其链两端的双螺旋结构逐渐发生解螺旋，但是中间部分仍然可以保持。 （2）采用受控分子动力学模拟对DNA分子进行精确的拉伸，发现DNA分子在水中进行拉伸时，出现了典型的“B-S”构象转变而在纯甲醇中却没有出现；当在甲醇/水混合溶剂中进行拉伸时，也均出现了B型DNA转变为S型DNA的现象，得到的力-拉伸距离曲线中也都出现了典型的“B-S”构象转变平台，但是其平台长度明显小于水中的，这与混合溶剂中甲醇的体积比息息相关，其中70%甲醇/水混合溶剂中的DNA力学稳定性最好。 （3）通过紫外可见吸收光谱和圆二色光谱对分子模拟试验结果进行试验验证，可以发现当DNA在50%甲醇/水混合溶剂中时，由于甲醇分子和水分子形成络合物导致溶剂环境变为非极性，从而导致DNA的结构紧凑且碱基堆积度增强。DNA在70%甲醇到80%甲醇的混合溶剂极性环境中，DNA的解旋程度逐渐上升，正好确证了之前的分子动力学模拟结果。
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郭鑫腾.DNA在甲醇/水混合溶剂中的结构稳定性研究[D].中北大学,2022.
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