金属离子的存在对DNA四方结构(guanine-quadruplex structure, G4)的稳定具有重大影响。各种研究表明,G4结构中的金属离子可能是K~+、Na~+、Li~+或其它离子,而包含K~+离子的G4是最稳定的。G4空穴中的离子能否与其周边离子发生交换?交换的具体渠道在那?结合G4的结构特点,为G4空穴中的K~+设计了几种移动路径。首先选取了G4中的一个K~+与一片g-tetrad(g-tetrad-K~+)为研究对象,K~+沿规定的路线移动的过程中,应用高水平的从头计算方法MP2/6-31G(d,p)与ABEEMσπ/MM模型,对g-tetrad-K~+体系的结构、结合能和势能变化进行了详细的研究,结果表明:ABEEMσπ/MM方法能够准确地描述g-tetrad-K~+体系的结构、结合能等性质。K~+存在时,g-tetrad中鸟嘌呤采取平行型氢键相互连接,K~+不存在时g-tetrad中鸟嘌呤采取交叉型氢键相互连接;同时两种方法计算的g-tetrad-K~+体系的结合能与势能曲线均说明了,如果吸收足够的能量,K~+可以沿α、β、γ方向三个方向离开,其中沿α方向,最容易移出。为了更接近实际体系,我们选取了更大的模型:一个K~+与两片g-tetrad(1,2-g-tetrads-K~+和2,3-g-tetrads-K~+)为研究对象。因计算资源与时间的限制,无法用MP2方法对此模型进行计算,用ABEEMσπ/MM方法对1,2-g-tetrads-K~+和2,3-g-tetrads-K~+体系中,随K~+移动而产生的结合能和势能变化进行了研究,表明G4内部的K~+只能沿α方向移出。