脱氧核苷酸声子振动性质的第一性原理研究

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本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,模拟非周期性脱氧核糖核苷酸,简称脱氧核苷酸(Deoxynucleoside)分子和周期性脱氧核苷酸晶胞的分子结构,计算红外光吸收频率和拉曼光谱。我们构建了四种脱氧核苷酸的分子模型以及对应的有周期性边界条件的晶胞,通过对比四种周期性脱氧核苷酸晶胞红外吸收频率,分别得到四种结构的特征频率,计算发现在红外光频率3000cm-1附近鸟嘌呤脱氧核苷酸分子(dGMP)、胸腺嘧啶脱氧核核苷酸(dTMP)分子有较强的吸收峰,其中 dGMP特征频率f=3029.47cm-1对应的吸收强度为69.67(D/A**2/amu),dTMP特征频率f=3004.59cm-1对应的吸收强度为35.18(D/A**2/amu);其它两种分子,鸟嘌呤脱核苷酸分子(dAMP)与胞嘧啶脱氧核苷酸分子(dCMP)的吸收峰很低。另外我们发现,在指纹区900cm-1—1300cm-1内,dAMP、dTMP有三个特征吸收峰,而dCMP和dCMP有两个特征吸收峰。  另外,我们计算了周期性脱氧核苷酸晶胞的声子振动频率,得到声子色散曲线和声子态密度曲线。我们发现,在高频段dCMP和dAMP分子有三条色散曲线分支,dGMP有两条色散曲线分支,dTMP有一条色散曲线分支。声子色散曲线的计算结果与四种分子的红外吸收谱的结果很相近,我们相信通过红外吸收光谱和色散曲线可以初步识别四种分子的种类。最后,通过比较周期性脱氧核苷酸晶胞和非周期性脱氧核苷酸分子的拉曼谱,我们发现两种结构拉曼曲线中低频部分的峰值基本重合,在拉曼谱高频部分周期性晶胞的吸收峰相对于非周期性分子向低频方向移动。  综上所述,通过计算四种脱氧核苷酸分子红外光吸收谱、声子色散曲线和声子态密度、拉曼谱,比较周期性边界条件下四种脱氧核苷酸晶胞分子的特征吸收峰、声子色散曲线得到对应的特征频率;通过对比四种非周期脱氧核苷酸分子与对应的周期性晶胞的拉曼光谱,这有助于我们了解四种碱基分子之间的相互联系与区别,并进一步了解脱氧核苷酸分子的物理特性。
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