DNA电荷传递过程的动力学解读

DNA电荷传递过程的动力学

本文先对DNA分子的基本概念和分子结构做了基本的描述,主要研究了空穴及可转移电子的产生,空穴及电子的传递路径、传递机理及传递速率的问题。应用紧束缚模型哈密顿对电荷传递过程进行计算,确定体系的Hamilton量,构造合理的初、末态波函数,综合考虑DNA电子传递过程中的多通道竞争机制以及“桥体”和“环境”的脉动对电子传递速率的影响,用含时微扰理论研究电子隧道效应并分别给出初、末态和过渡态的定域化波函数。生物体系中的DNA双链是互补的,其中单链上包含了有关的全部遗传信息,考察DNA双链结构中的电子转移行为可从研究其单链上的电子传递入手。生物大分子是高度组织的分子体系,其电子传递过程是一个涉及到分子整体性质的协同过程。由于分子体系较大,含有的原子数目较多,目前尚难对其进行量子化学从头算研究,建立合适的理论模型,发展可行的计算方法是开展有关研究的关键。将生物大分子看作是有不同嵌段聚合得到的,因此可以将生物大分子根据需要分割为一系列嵌段,对每一嵌段进行精确的量子化学计算,在充分考虑每一嵌段的电子结构和几何构型的基础上,将各嵌段用分子力学的方法加以识别和组装,总结有关规律,得到生物大分子的整体结构;在此基础上用紧束缚模型研究生物大分子体系的电子传递问题;最后用统计力学方法对各种可能的模型体系求统计平均,用计算机模拟生物大分子电子传递过程。首先,通过对嵌段的量子化学计算,得到嵌段的前线分子轨道,计算电子转移积分;其次,通过分子组装,得到生物大分子的结构(包括各种可能的活性构象)以及各嵌段间的相互作用势。在以上计算的基础上,将各嵌段视为格点,应用紧束缚模型计算整个生物大分子,探讨电子转移机理,为DNA中的电荷传递过程提供理论解释和预测。

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