π堆积的腺嘌呤-胸腺嘧啶体系激发态电荷转移和无辐射失活的半经典动力学模拟

张文英 马静 袁帅 舒坤贤 豆育升

引用本文: 张文英, 马静, 袁帅, 舒坤贤, 豆育升. π堆积的腺嘌呤-胸腺嘧啶体系激发态电荷转移和无辐射失活的半经典动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2012, 28(07): 1676-1682. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205041 shu
Citation:  ZHANG Wen-Ying, MA Jing, YUAN Shuai, SHU Kun-Xian, DOU Yu-Sheng. A Semiclassical Dynamics Simulation on Charge Transfer and Radiationless Deactivation Excited State of π-Stacked Adenine-Thymine System[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(07): 1676-1682. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205041 shu

π堆积的腺嘌呤-胸腺嘧啶体系激发态电荷转移和无辐射失活的半经典动力学模拟

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21073242) (21073242)

    重庆市自然科学基金(cstc2011jjA00009) (cstc2011jjA00009)

    重庆市教委科学技术项目(KJ120516)资助 (KJ120516)

摘要:

采用半经典电子-辐射-离子动力学(SERID)模型模拟了π堆积的腺嘌呤-胸腺嘧啶(A-T)体系激发态的光物理失活过程. 设置激光脉冲仅作用于T, 模拟发现电子由A转移到T, 形成(A+T-)*激基缔合物(exciplex). 当分子间距缩短至0.300 nm时, 由于轨道离域效应产生电荷重组, 体系恢复电中性; 当A分子的C4'-C5'扭曲程度最大时, 体系通过避免交叉点衰减至基态. Exciplex 的失活途径由分子间距离和A分子的变形程序两个因素决定. 由于A分子的C4'、C5'原子位阻较大, 难以达到失活所必需的强烈扭曲, 因此(A-T)*的寿命比胸腺嘧啶堆积体系(T-T)*显著增长.

English

    1. [1]

      (1) Beukers, R.; Eker, A. P. M.; Lohman, P. H. M. DNA Repair2008, 7, 530. doi: 10.1016/j.dnarep.2007.11.010

      (1) Beukers, R.; Eker, A. P. M.; Lohman, P. H. M. DNA Repair2008, 7, 530. doi: 10.1016/j.dnarep.2007.11.010

    2. [2]

      (2) Cadet, J.; Sage, E.; Douki, T. Mutat. Res. 2005, 571, 3. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2004.09.012(2) Cadet, J.; Sage, E.; Douki, T. Mutat. Res. 2005, 571, 3. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2004.09.012

    3. [3]

      (3) Melnikova, V. O.; Ananthaswamy, H. N. Mutat. Res. 2005, 571,91. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2004.11.015(3) Melnikova, V. O.; Ananthaswamy, H. N. Mutat. Res. 2005, 571,91. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2004.11.015

    4. [4]

      (4) Mouret, S.; Baudouin, C.; Charveron, M.; Favier, A.; Cadet, J.;Douki, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 13765. doi: 10.1073/pnas.0604213103(4) Mouret, S.; Baudouin, C.; Charveron, M.; Favier, A.; Cadet, J.;Douki, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 13765. doi: 10.1073/pnas.0604213103

    5. [5]

      (5) Pecourt, J. M. L.; Peon, J.; Kohler, B. J. Am. Chem. Soc. 2001,123, 10370. doi: 10.1021/ja0161453(5) Pecourt, J. M. L.; Peon, J.; Kohler, B. J. Am. Chem. Soc. 2001,123, 10370. doi: 10.1021/ja0161453

    6. [6]

      (6) Sobolewski, A. L.; Domcke,W.; Hattig, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 17903. doi: 10.1073/pnas.0504087102(6) Sobolewski, A. L.; Domcke,W.; Hattig, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 17903. doi: 10.1073/pnas.0504087102

    7. [7]

      (7) Crespo-Hernández, C. E.; Kohler, B. J. Phys. Chem. B 2004,108, 11182. doi: 10.1021/jp0496046(7) Crespo-Hernández, C. E.; Kohler, B. J. Phys. Chem. B 2004,108, 11182. doi: 10.1021/jp0496046

    8. [8]

      (8) Crespo-Hernández, C. E.; Cohen, B.; Kohler, B. Nature 2005,436, 1141. doi: 10.1038/nature03933(8) Crespo-Hernández, C. E.; Cohen, B.; Kohler, B. Nature 2005,436, 1141. doi: 10.1038/nature03933

    9. [9]

      (9) Kwok,W. M.; Ma, C. S.; Phillips, D. L. J. Am. Chem. Soc.2006, 128, 11894. doi: 10.1021/ja0622002(9) Kwok,W. M.; Ma, C. S.; Phillips, D. L. J. Am. Chem. Soc.2006, 128, 11894. doi: 10.1021/ja0622002

    10. [10]

      (10) Takaya, T.; Su, C.; de La Harpe, K.; Crespo-Hernández, C. E.;Kohler, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 10285. doi: 10.1073/pnas.0802079105(10) Takaya, T.; Su, C.; de La Harpe, K.; Crespo-Hernández, C. E.;Kohler, B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 10285. doi: 10.1073/pnas.0802079105

    11. [11]

      (11) Ullrich, S.; Schultz, T.; Zgierski, M. Z.; Stolow, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 2796.(11) Ullrich, S.; Schultz, T.; Zgierski, M. Z.; Stolow, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 2796.

    12. [12]

      (12) Ullrich, S.; Schultz, T.; Zgierski, M. Z.; Stolow, A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2262. doi: 10.1021/ja030532q(12) Ullrich, S.; Schultz, T.; Zgierski, M. Z.; Stolow, A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2262. doi: 10.1021/ja030532q

    13. [13]

      (13) Eisinger, J.; Guéron, M.; Schulman, R. G.; Yamane, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1966, 55, 1015. doi: 10.1073/pnas.55.5.1015(13) Eisinger, J.; Guéron, M.; Schulman, R. G.; Yamane, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1966, 55, 1015. doi: 10.1073/pnas.55.5.1015

    14. [14]

      (14) Birks, J. B. Nature 1967, 214, 1187. doi: 10.1038/2141187a0(14) Birks, J. B. Nature 1967, 214, 1187. doi: 10.1038/2141187a0

    15. [15]

      (15) Middleton, C. T.; de La Harpe, K.; Su, C.; Law, Y. K.; Crespo-Hernández, C. E.; Kohler, B. Annu. Rev. Phys. Chem. 2009, 60,217. doi: 10.1146/annurev.physchem.59.032607.093719(15) Middleton, C. T.; de La Harpe, K.; Su, C.; Law, Y. K.; Crespo-Hernández, C. E.; Kohler, B. Annu. Rev. Phys. Chem. 2009, 60,217. doi: 10.1146/annurev.physchem.59.032607.093719

    16. [16]

      (16) Santoro, F.; Barone, V.; Improta, R. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 15232. doi: 10.1021/ja904777h(16) Santoro, F.; Barone, V.; Improta, R. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 15232. doi: 10.1021/ja904777h

    17. [17]

      (17) Markovitsi, D.; Gustavsson, T.; Talbot, F. Photochem. Photobiol. Sci. 2007, 6, 717. doi: 10.1039/b705674e(17) Markovitsi, D.; Gustavsson, T.; Talbot, F. Photochem. Photobiol. Sci. 2007, 6, 717. doi: 10.1039/b705674e

    18. [18]

      (18) Conti, I.; Altoe, P.; Stenta, M.; Garavelli, M.; Orlandi, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5016.(18) Conti, I.; Altoe, P.; Stenta, M.; Garavelli, M.; Orlandi, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 5016.

    19. [19]

      (19) Kohler, B. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2047. doi: 10.1021/jz100491x(19) Kohler, B. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2047. doi: 10.1021/jz100491x

    20. [20]

      (20) Shukla, M. K.; Leszczynski, J. J. Biomol. Struct. Dyn. 2007, 25,93.(20) Shukla, M. K.; Leszczynski, J. J. Biomol. Struct. Dyn. 2007, 25,93.

    21. [21]

      (21) Kwok,W. M.; Ma, C.; Phillips, D. L. J. Phys. Chem. B 2009,113, 11527. doi: 10.1021/jp906265c(21) Kwok,W. M.; Ma, C.; Phillips, D. L. J. Phys. Chem. B 2009,113, 11527. doi: 10.1021/jp906265c

    22. [22]

      (22) Onidas, D.; Gustavsson, T.; Lazzarotto, E.; Markovitsi, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 5143.(22) Onidas, D.; Gustavsson, T.; Lazzarotto, E.; Markovitsi, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 5143.

    23. [23]

      (23) Schwalb, N. K.; Temps, F. Science 2008, 322, 243. doi: 10.1126/science.1161651(23) Schwalb, N. K.; Temps, F. Science 2008, 322, 243. doi: 10.1126/science.1161651

    24. [24]

      (24) Davies, R. J. H.; Malone, J. F.; Gan, Y.; Cardin, C. J.; Lee, M. P.H.; Neidle, S. Nucleic Acids Res. 2007, 35, 1048. doi: 10.1093/nar/gkl1101(24) Davies, R. J. H.; Malone, J. F.; Gan, Y.; Cardin, C. J.; Lee, M. P.H.; Neidle, S. Nucleic Acids Res. 2007, 35, 1048. doi: 10.1093/nar/gkl1101

    25. [25]

      (25) Dou, Y.; Torralva, B. R.; Allen, R. E. Chem. Phys. Lett. 2004,392, 352. doi: 10.1016/j.cplett.2004.05.087(25) Dou, Y.; Torralva, B. R.; Allen, R. E. Chem. Phys. Lett. 2004,392, 352. doi: 10.1016/j.cplett.2004.05.087

    26. [26]

      (26) Dou, Y.; Torralva, B. R.; Allen, R. E. J. Mod. Optics. 2003, 50,2615.(26) Dou, Y.; Torralva, B. R.; Allen, R. E. J. Mod. Optics. 2003, 50,2615.

    27. [27]

      (27) Boykin, T. B.; Bowen, R. C.; Klimeck, G. Phys. Rev. B 2001,63, 245314. doi: 10.1103/PhysRevB.63.245314(27) Boykin, T. B.; Bowen, R. C.; Klimeck, G. Phys. Rev. B 2001,63, 245314. doi: 10.1103/PhysRevB.63.245314

    28. [28]

      (28) Haugk, M.; Elsner, J.; Frauenheim, T.; Seifert, G.; Sternberg,M. Phys. Status Solidi B 2000, 217, 473. doi: 10.1002/(SICI)1521-3951(200001)217:1<473::AID-PSSB473>3.0.CO;2-N(28) Haugk, M.; Elsner, J.; Frauenheim, T.; Seifert, G.; Sternberg,M. Phys. Status Solidi B 2000, 217, 473. doi: 10.1002/(SICI)1521-3951(200001)217:1<473::AID-PSSB473>3.0.CO;2-N

    29. [29]

      (29) Frauenheim, T.; Seifert, G.; Elstner, M.; Niehaus, T. A.; Köhler,C.; Amkreutz, M.; Sternberg, M.; Hajnal, Z.; Carlo, D. A.;Suhai, S. J. Phys: Condens. Matter 2002, 14, 3015. doi: 10.1088/0953-8984/14/11/313(29) Frauenheim, T.; Seifert, G.; Elstner, M.; Niehaus, T. A.; Köhler,C.; Amkreutz, M.; Sternberg, M.; Hajnal, Z.; Carlo, D. A.;Suhai, S. J. Phys: Condens. Matter 2002, 14, 3015. doi: 10.1088/0953-8984/14/11/313

    30. [30]

      (30) Wanko, M.; Garavelli, M.; Bernardi, F.; Niehaus, T. A.;Frauenheim, T.; Elstner, M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 1674.doi: 10.1063/1.1635798(30) Wanko, M.; Garavelli, M.; Bernardi, F.; Niehaus, T. A.;Frauenheim, T.; Elstner, M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 1674.doi: 10.1063/1.1635798

    31. [31]

      (31) Zheng, G.; Lundberg, M.; Jakowski, J.; Vreven, T.; Frisch, M.J.; Morokuma, K. Int. J. Quantum Chem. 2009, 109, 1841. doi: 10.1002/qua.22002(31) Zheng, G.; Lundberg, M.; Jakowski, J.; Vreven, T.; Frisch, M.J.; Morokuma, K. Int. J. Quantum Chem. 2009, 109, 1841. doi: 10.1002/qua.22002

    32. [32]

      (32) Yuan, S.; Dou, Y. S.;Wu,W. F.; Hu, Y.; Zhao, J. S. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 13326.(32) Yuan, S.; Dou, Y. S.;Wu,W. F.; Hu, Y.; Zhao, J. S. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 13326.

    33. [33]

      (33) Yuan, S.;Wu,W. F.; Dou, Y. S.; Zhao, J. S. Chin. Chem. Lett.2008, 19, 1379. doi: 10.1016/j.cclet.2008.07.007(33) Yuan, S.;Wu,W. F.; Dou, Y. S.; Zhao, J. S. Chin. Chem. Lett.2008, 19, 1379. doi: 10.1016/j.cclet.2008.07.007

    34. [34]

      (34) Dou, Y. S.; Hu, Y.; Yuan, S.;Wu,W. F.; Tang, H. Mol. Phys.2009, 107, 181. doi: 10.1080/00268970902769497(34) Dou, Y. S.; Hu, Y.; Yuan, S.;Wu,W. F.; Tang, H. Mol. Phys.2009, 107, 181. doi: 10.1080/00268970902769497

    35. [35]

      (35) Yuan, S.;Wang, D.; Bai, M. Z.;Wei, Z. L.; Meng, P.; Dou, Y. S.Journal of Chongqing Univerisity and Telecommunications (Natural Science Edition) 2009, 21, 821. [袁帅, 王丹,白明泽, 魏照林, 蒙平, 豆育升. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2009, 21, 821.](35) Yuan, S.;Wang, D.; Bai, M. Z.;Wei, Z. L.; Meng, P.; Dou, Y. S.Journal of Chongqing Univerisity and Telecommunications (Natural Science Edition) 2009, 21, 821. [袁帅, 王丹,白明泽, 魏照林, 蒙平, 豆育升. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2009, 21, 821.]

    36. [36]

      (36) Yuan, S.;Wu,W. F.;Wen, Z. L.; Shu, K. X.; Tang, H.; Dou, Y.S.; Lo, G. Mol. Phys. 2010, 108, 3431. doi: 10.1080/00268976.2010.520755(36) Yuan, S.;Wu,W. F.;Wen, Z. L.; Shu, K. X.; Tang, H.; Dou, Y.S.; Lo, G. Mol. Phys. 2010, 108, 3431. doi: 10.1080/00268976.2010.520755

    37. [37]

      (37) Lei, Y. B.; Yuan, S.; Dou, Y. S.;Wang, Y. B.;Wen, Z. Y. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 8497. doi: 10.1021/jp802483b(37) Lei, Y. B.; Yuan, S.; Dou, Y. S.;Wang, Y. B.;Wen, Z. Y. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 8497. doi: 10.1021/jp802483b

    38. [38]

      (38) Shu, K. X.; Ma, J.; Yuan, S.; Dou, Y. S. Journal of Chongqing Univerisity and Telecommunications (Natural Science Edition)2011, 23, 780. [舒坤贤, 马静, 袁帅, 豆育升. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2011, 23, 780.](38) Shu, K. X.; Ma, J.; Yuan, S.; Dou, Y. S. Journal of Chongqing Univerisity and Telecommunications (Natural Science Edition)2011, 23, 780. [舒坤贤, 马静, 袁帅, 豆育升. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2011, 23, 780.]

    39. [39]

      (39) Zhang,W. Y.; Yuan, S.; Li, A. Y.; Dou, Y. S.; Zhao, J. S.; Fang,W. H. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 5594. doi: 10.1021/jp907290f(39) Zhang,W. Y.; Yuan, S.; Li, A. Y.; Dou, Y. S.; Zhao, J. S.; Fang,W. H. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 5594. doi: 10.1021/jp907290f

    40. [40]

      (40) Dou, Y. S.; Xiong, S. S.;Wu,W. F.; Yuan, S.; Tang, H.J. Photochem. Photobiol. B 2010, 101, 31. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2010.06.008(40) Dou, Y. S.; Xiong, S. S.;Wu,W. F.; Yuan, S.; Tang, H.J. Photochem. Photobiol. B 2010, 101, 31. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2010.06.008

    41. [41]

      (41) Zhang,W. Y.; Yuan, S.;Wang, Z. J.; Qi, Z. M.; Zhao, J. S.; Dou,Y. S.; Lo, G. Chem. Phys. Lett. 2011, 506, 303. doi: 10.1016/j.cplett.2011.03.024(41) Zhang,W. Y.; Yuan, S.;Wang, Z. J.; Qi, Z. M.; Zhao, J. S.; Dou,Y. S.; Lo, G. Chem. Phys. Lett. 2011, 506, 303. doi: 10.1016/j.cplett.2011.03.024

    42. [42]

      (42) Yuan, S.; Zhang,W. Y.; Li, A. Y.; Zhu, Y. M.; Dou, Y. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 825. [袁帅, 张文英, 李安阳,朱义敏, 豆育升. 物理化学学报, 2011, 27, 825.] doi: 10.3866/pku.WHXB20110337(42) Yuan, S.; Zhang,W. Y.; Li, A. Y.; Zhu, Y. M.; Dou, Y. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 825. [袁帅, 张文英, 李安阳,朱义敏, 豆育升. 物理化学学报, 2011, 27, 825.] doi: 10.3866/pku.WHXB20110337

    43. [43]

      (43) Dou, Y. S.; Li,W.; Yuan, S.; Zhang,W. Y.; Li, A. Y.; Shu, K. X.;Tang, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2559. [豆育升,李伟, 袁帅, 张文英, 李安阳, 舒坤贤, 唐红. 物理化学学报, 2011, 27, 2559.] doi: 10.3866/pku.WHXB20111115(43) Dou, Y. S.; Li,W.; Yuan, S.; Zhang,W. Y.; Li, A. Y.; Shu, K. X.;Tang, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2559. [豆育升,李伟, 袁帅, 张文英, 李安阳, 舒坤贤, 唐红. 物理化学学报, 2011, 27, 2559.] doi: 10.3866/pku.WHXB20111115

    44. [44]

      (44) Yuan, S.; Zhang,W. Y.; Liu, L. H.; Dou, Y. S.; Fang,W. H.; Lo,G. V. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 13291. doi: 10.1021/jp207550a(44) Yuan, S.; Zhang,W. Y.; Liu, L. H.; Dou, Y. S.; Fang,W. H.; Lo,G. V. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 13291. doi: 10.1021/jp207550a

    45. [45]

      (45) Rehm, D.;Weller, A. Isr. J. Chem. 1970, 8, 259.(45) Rehm, D.;Weller, A. Isr. J. Chem. 1970, 8, 259.

    46. [46]

      (46) Liu, Q.; Liu, Z. L. Chin. J. Org. Chem. 2009, 29, 380. [刘强,刘中立. 有机化学, 2009, 29, 380.](46) Liu, Q.; Liu, Z. L. Chin. J. Org. Chem. 2009, 29, 380. [刘强,刘中立. 有机化学, 2009, 29, 380.]

    47. [47]

      (47) Seidel, C. A. M.; Schulz, A.; Sauer, M. H. M. J. Phys. Chem.1996, 100, 5541. doi: 10.1021/jp951507c(47) Seidel, C. A. M.; Schulz, A.; Sauer, M. H. M. J. Phys. Chem.1996, 100, 5541. doi: 10.1021/jp951507c

    48. [48]

      (48) Devoe, H.; Tinoco, I. J. Mol. Biol. 1962, 4, 500. doi: 10.1016/S0022-2836(62)80105-3(48) Devoe, H.; Tinoco, I. J. Mol. Biol. 1962, 4, 500. doi: 10.1016/S0022-2836(62)80105-3

    49. [49]

      (49) Zhang, L. B.; Bu, Y. X. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 10723. doi: 10.1021/jp802556a(49) Zhang, L. B.; Bu, Y. X. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 10723. doi: 10.1021/jp802556a

    50. [50]

      (50) Zhang, L. B.; Li, H. F.; Li, J. L.; Chen, X. H.; Bu, Y. X.J. Comput. Chem. 2009, 31, 825.(50) Zhang, L. B.; Li, H. F.; Li, J. L.; Chen, X. H.; Bu, Y. X.J. Comput. Chem. 2009, 31, 825.

    51. [51]

      (51) Zhang,W. Y. Semiclassical Simulation for Deaactivation ofStacked DNA Bases. Ph.D. Dissertation, Northwest University,Xi'an, 2011. [张文英. DNA堆积碱基激发态失活的半经典动力学模拟[D]. 西安: 西北大学, 2011.]

      (51) Zhang,W. Y. Semiclassical Simulation for Deaactivation ofStacked DNA Bases. Ph.D. Dissertation, Northwest University,Xi'an, 2011. [张文英. DNA堆积碱基激发态失活的半经典动力学模拟[D]. 西安: 西北大学, 2011.]

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  789
  • 文章访问数:  2261
  • HTML全文浏览量:  19
文章相关
  • 发布日期:  2012-06-07
  • 收稿日期:  2012-02-24
  • 网络出版日期:  2012-05-04
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章