金属离子在含DNA的生物过程中扮演着重要角色。金属离子的存在会影响DNA分子的结构和功能。金属离子和DNA碱基相互作用能中和磷酸骨架上负离子和稳定双螺旋结构。另一方面,金属离子如碱金属和过渡金属离子,与碱基直接结合能破坏碱基对氢键以及使双螺旋脱稳。金属离子非直接连到磷酸基团也能影响糖变形并最终对DNA合成、复制、断裂以及结构的完整性产生重要影响。此外,研究金属离子与DNA碱基相互作用在催化、分子存储、新材料以及超分子领域等方面能提供相关的结构和基础性信息。为了能够帮助理解核酸与金属离子的相互作用,本论文设计了金属(K,Al,Cu,Ag和Au)与DNA及RNA碱基形成团簇的实验,在气相中克服了DNA及RNA碱基热不稳定、有着较低的蒸汽压等难点得到了金属与DNA及RNA碱基复合物的质谱,并通过激光光解或光电子能谱与密度泛函计算相结合来研究了它们之间的相互作用。　　 (1)利用密度泛函计算对核酸碱基所有异构体进行了排序,得到的最优异构体结构与实验值相比非常一致。利用飞行时间质谱仪研究了钾正离子与DNA及RNA碱基形成的复合物质谱,与液相质谱进行了对比,并对气相条件下质谱形成条件进行了分析。　　 (2)在对源改进、变换样品比例、调节各种延时、改变脉冲气压以及激光能量等的基础上通过激光溅射方法得到了货币金属(Cu,Ag,Au)与DNA碱基正离子团簇质谱。我们对货币金属与DNA碱基二聚体正离子进行了光解实验,得到了这些正离子的激光光解谱图。结合密度泛函理论计算得到了这些二聚体低能量异构体的几何结构、相对能量以及可能的光解通道。在铜和银复合物光解过程中,主要的光解通道是失去一个核酸碱基,而对于A2Au+,腺嘌呤的阳离子是主要产物。在所有这些货币金属复合物光解过程中,电荷转移现象都被观察到。　　 (3)我们利用光电子能谱并结合理论计算研究了核酸碱基与Aun-(n=1～2)的相互作用。结果表明这些核酸碱基.金复合物存在着多个异构体,其中最主要的异构体是核酸碱基标准异构体与Aun-(n=1～2)形成的复合物。通过与氢键的定义进行对比后,结果显示核酸碱基与Au-之间的相互作用主要通过N-H…Au氢键相互作用,核酸碱基与Au2-之间的相互作用主要通过N-H…Au或C-H…Au氢键相互作用。N-H…Au氢键强度在核酸碱基与Au-复合物中可以看作是中等或强的氢键。　　 (4)我们利用光电子能谱以及密度泛函计算研究了核酸碱基与Ag-的相互作用。结果表明nucleobase-Ag阴离子结合能明显比对应的nucleobase-Au阴离子的结合能要小,这也与nucleobase-Ag阴离子VDE值明显低于nucleobase-Au阴离子VDE值是一致的。在可能的核酸碱基与Ag。形成的复合物中,核酸碱基与Ag-主要通过N-H…Ag氢键相互作用。此外,我们还利用质谱及光电子能谱研究了Aln-(n=1～3)与核酸碱基相互作用,结果表明Al阴离子簇主要与核酸碱基的N或O原子结合。