镉金属污染对人类健康的影响一直备受关注。当机体摄入镉后会对组织和器官造成不同程度的急性和慢性损伤。大量文献还报道了镉毒性与癌症的发生有关。但是,关于镉的致癌机理却一直未有定论。一般认为,镉通过破坏机体内氧化还原平衡态间接损伤包括DNA在内的细胞成分。此外,有实验表明体内氧化还原态失衡会进一步破坏DNA修复系统,造成体内DNA损伤的富集,增加基因突变。然而,关于镉对DNA结构的直接损伤却鲜有报道。本文运用分子动力学和量子化学计算方法,研究了镉离子和DNA双链结构的直接相互作用。我们发现镉离子可以特异性地结合到DNA大沟中的胸腺嘧啶碱基上,破坏原有A-T碱基配对并形成一个新的错配结构。通过量化计算得知该结合状态是室温稳定的、不可逆的。这一错配结构可导致单核苷酸多态性(SNP)从而引起DNA变性。从而提出了一种新的镉离子直接破坏DNA结构的结合状态。这种结合不会造成DNA双链的断裂,因此不容易被实验检测到。这一发现对实验中位点的发现提供了指导,同时也有利于人们进一步理解镉的基因毒性。