本文用量子化学从头算方法对金属离子与核酸、糖、蛋白质活性位点的相互作用及其形成配合物的结构和性质进行较为系统的理论研究，以期预测金属离子在生物体内的功能。 在C₂对称性下用HF/6-311+G^**和B3LYP/6-311+G^**优化DMP^-及其金属离子(Li⁺、Na⁺，K⁺、Cu⁺、Mg²⁺、Be²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺)配合物。所有的金属离子配合物又采用相对论有效芯势（RECP）LanL2DZ基组(除Li⁺、Be²⁺外)做了对照计算；用HF/6-311G^*和B3LYP/6-311G^*优化鸟嘌呤及其金属离子(Li⁺、Na⁺、K⁺、Cu⁺、Be²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺，Zn²⁺)配合物，且对Cu⁺、Ag⁺、An⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺配合物用RECP的LanL2DZ基组优化。在RECP计算中所有非金属元素一律采用全电子6-311＋G（d,p）或6-311G（d）基组。在HF构型基础上用MP2计算了单点能。所有几何构型经频率分析证明均是势能面上的能量极小点。相互作用能和自由能计算都做了零点能校正。 计算结果表明：RECP在几何构型优化，总相互作用能计算的定性结论和变化趋势方面是可靠的。∠OPO和∠COP键角增大将使多核苷酸的螺旋变宽和伸长，有利于核苷酸的折叠；二价金属离子配合物中∠OPO和∠COP键角大于一价金属离子，所以二价金属离子比一价金属离子更易使多核苷酸折叠；金属离子至少在两方面有利于C-O酯键的水解：中和磷膦氧上的负电荷从而促进亲核阴离子进攻酯C以及改变C-O和P-O的键长；优化的Mg²⁺配合物中C-O键比Ca²⁺配合物长，优化的Mg²⁺配合物中P-O键比Ca²⁺配合物短，可推测生物体中Mg²⁺的催化酯水解能力强于Ca²⁺。二价金属离子引起配位体的变形较一价金属离子大。配合物随着同族金属离子的原子序数递增，相互作用能逐渐增加，即配合物的稳定性逐渐降低；二价金属离子配合物比一价金属离子配合物不定，且不同族配合物的不定引序为：Ⅱb＞Ⅱa＞Ⅰb＞Ⅰa(除Li⁺、Be²⁺、Mg²⁺配合物外)。Li⁺、Be²⁺与配位体主要以库仑力相互作用；同主族的其它金属离子随着原子序数递增，主要以s、p轨道与配位体中的孤对电子分子轨道形成的共价键逐渐增强，而Ⅰb族金属离子主要以d轨道同配位体中的孤对电子分子轨道形成较强的共价键；Ⅱb中既具有Ⅱa族的强库仑相互作用力又具有Ⅰb族的d-轨道与孤对电子轨道形成的共价键。 用HF／6－3fiG”和B3LTh／6－3fiG“优化和金属离子则a”、K“、Ca‘”、Mg’”) 与p0－核糖不同位点的相互作用；其中最稳定的配位点与系列金属离子相互 作用，再用HF／6－311＋G””和RECP的LanLZDZ基组（除Li“，Be’－外）优化。 在HF构型基础上用WZ计算了单点能。所有几何构型经频率分析证明均是也 势能面上的能量极小点。相互作用能和自由能计算都做了零点能校正。通过 Mg》、Ca卜、Na＋、K”与00－核糖的不同位点配位的计算和分析可知金属离子O 更易同羟基氧（相对于p－D－核糖的环氧）相互作用，金属离子同时与p－D－核 糖中的 O6、O7、OIO配位最稳定；二价金属离子配合物比一价金属离子配合 物稳定；同一族中，配合物的稳定性随着金属离子原子序数递增而降低。 用 HF／6．3fiG＊＊优化咪陛、甲酞胺、甲硫醇阴离子、甲醇阴离子及其金属 离子配合物（Mg’”、Ca’”、Zn‘”）的构型；Mg’”、Ca’”、Zn’”、Cd’”配合物用 RECP 的LanLZDZ基组（配合物中所有非金属元素均使用6上 树基组卜用HF沁－ 31G”优化 CH3CONHZ，CH3COO”和 CH3CHZCOO及其金属离子（Mg》、Ca卜、 Zn’刁配合物以及 CH3COO“与六水合金属离子（Mgh、Zn’”）和四水合金属高 子（Mg＼ Zn‘O配合物的结构，且 CH3COO”及其四水合金属离子（Mg’＼ Cd’＼ Z二’”）配合物的构型同时采用田LYP优化：所有的m’”配合物采用RE＊P的 LanlZDZ基组优化。在HF构型基础上用MPZ计算了单点能。所有几何构型 经频率分析证明均是势能面上的能量极小点。相互作用能和自由能计算都做了 零点能校正（除四水合金属离子配合物）。计算结果表明：同种金属离子配合 物稳定顺序为：甲醇阴离子＞甲硫醇阴离子＞眯哩＞甲酚氨；咪哇和甲硫醇阴离 子的金属离子配合物稳定）顺序为：h）＞＊y＞＊）＞＊d：甲酚氨的金属离子配 合物稳定顺序为：Z＞’＞＊’”＞n’》＊／；甲醇阴离子的金属离子配合物稳定 )’匝序为：Zfl’＼ Mg‘”＞CS‘”Cd’”配合物未找到稳定点卜 金属离子与思CH3CHZCOO一、CH3COO丁为强相互作用，而与CH3CONHZ的相互作用相对 一．较弱：所以金属离子易同氨基酸酸根配位，而与肽基本单元配位相应地较弱；