镉是由IARC(International Agency for Research on Cancer)定义的I类(影响人类健康的)致癌物质。由于其显著的毒性和强烈致癌性，Cd与DNA和RNA的作用得到较为广泛的关注，但是对其作用机制目前仍存在一定的疑问。本论文的研究主要通过高精度的密度泛函理论方法对镉与DNA和RNA碱基的作用进行了研究，以探讨镉引起DNA变异的机制和提供镉金属对碱基的影响的本质信息。　　 首先，我们主要研究了Cd2+与碱基Adenine(A)和Thymine(T)作用引起的异构体平衡改变和其所引起的对碱基配对过程的影响。Cd2+_A碱基化合物的研究结果说明Cd2+与A的反应较强：它严重地影响了A分子异构体的平衡，并且稳定了imino形式的异构体。同时，Cd2+_T碱基化合物的研究结果表明Cd2+未对T的异构体平衡产生本质上的影响。电荷转移效应主导了金属碱基对化合物的性质。在A-Cd2+-T金属桥连碱基对化合物中， T取向不同的化合物之间几乎没有能量差别，并且，Cd-A之间的相互作用力明显强于Cd-T。而Cd2+-A-T氢键碱基对化合物中，Cd2+导致的A的丰质子性质明显的改变了其氢键结合力，同时约有0.4 au的正电荷转移到T分子，对其电荷密度分布进而对结构产生影响。相对于氢键碱基对结合模式来说，桥连形式的结合很强，几乎不受碱基取向的影响，并且较少地受到空间位阻的限制，所以，在Cd2+结合子碱基A的情况下，实验上应该更容易观测到金属桥连模式的作用。　　 其次，我们将不同价态镉金属与碱基Uracil(U)作用，并对Cd-U金属碱基化合物的去质子化过程做了研究。中性镉很难与碱基U发生作用，而镉阳离子则较为深刻地影响U的异构体平衡。在一价镉阳离子作用时，异构体的本身能量还对其化合物的次序有一定影响，但在Cd2+作用时，异构体平衡则完全决定于金属的结合位点和结合方式。Cd+与U作用时，在金属结合位点远端具有比较类似中性体系的电荷分布特征，而在金属结合位点处则与Cd2+类似，主要决定于金属的影响。并且，金属到碱基的电荷转移趋势在二价Cd在与U作用时相较Cd+作用而言都要强。通过对电离能的研究发现金属Cd的结合很明显地改变了碱基U的电离能力，因此有望对RNA链上的电子传输产生影响。对两种Cd-U体系的去质子化过程的研究表现出去质子化化合物中的金属离子更倾向于与N位点而不是O位点结合。另外，尽管一般来说Nl位点酸性更强，但在Cd阳离子存在情况下，N3成为更有利的质子给体。同时，[Cd-U-H]+金属碱基化合物都可能同时来源于两种Cd2+-U化合物。