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A theoretical study of hydration effects on structural stability and hydrogen-bonding dynamics of 2′-deoxyguanosine 5′-monophosphate with different negative charges

Zhang, Weiping ; Zhang, Xiaoyu;

Canadian Journal of Chemistry, 2013, Vol.91(2), pp.169-175 [Periódico revisado por pares]

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  • Título:
    A theoretical study of hydration effects on structural stability and hydrogen-bonding dynamics of 2′-deoxyguanosine 5′-monophosphate with different negative charges
  • Autor: Zhang, Weiping ; Zhang, Xiaoyu
  • Assuntos: Excited State ; Hydrogen Bonding ; Tddft ; Negative Charge ; Hydration ; État Excité ; Liaison Hydrogène ; Théorie De La Fonctionnelle De La Densité Dépendante Du Temps (TFDDT) ; Charge Négative ; Hydratation
  • É parte de: Canadian Journal of Chemistry, 2013, Vol.91(2), pp.169-175
  • Descrição: The effects of hydration on the ground-state structural stability and excited-state hydrogen-bonding dynamics of 2′-deoxyguanosine 5′-monophosphate (dGMP) carrying different negative charges were investigated with B3LYP/6–31+G(d,p) using density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TDDFT) methods, respectively. Particularly, we not only considered the solvent effects by the polarizible continuum model (PCM), but also the first solvation shell was included explicitly. We demonstrated that the intramolecular hydrogen bond O 2 –H 1 ···O 3 will be weakened with the strengthening of the hydration. From the view of bond length, we can make a valid presumption that the site of negative charge will be the more preferable site of the hydration, and the preferable site may be changed because of the presence of other hydrogen bonds. Furthermore, we found that the first solvation shell had very little effect on the geometric structures except for the hydrogen bond P–O 5 ···H 5 . By comparing the excitation energies, one important finding is that the changes in different electronic states are not obvious with the increase in n value when considering the PCM. Another finding is that the average interactions of hydrogen bonds may be strengthened with an increase of negative charge because of a decrease in excitation energies.
    Faisant appel respectivement aux méthodes de la théorie de la fonctionnelle de la densité (TFD) B3LYP/6–31+G(d,p) et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TFDDT), on a étudié les effets de l'hydratation sur la stabilité structurale de l'état fondamental et sur la dynamique de la liaison hydrogène dans l'état excité du 5′-monophosphate de 2′-désoxyguanosine (MPdG) portant diverses charges négatives. On n'a pas particulièrement considéré les effets de solvant par le modèle du continuum polarisable (MCP), mais on n'a pas explicitement inclus la première couche de solvatation. On a démontré que la liaison hydrogène intramoléculaire O 2 –H 1 ···O 3 sera affaiblie par un renforcement de l'hydratation. D'un point de vue de la longueur de la liaison, on peut faire une hypothèse valide que le site de la charge négative sera le site le plus favorisé pour l'hydratation et que le site favorisé peut changer en raison de la présence d'autres liaisons hydrogènes. De plus, on a trouvé que la première couche de solvatation n'a que de faibles effets sur les structures géométriques, exception faite de la liaison hydrogène P–O 5 ···H 5 . Par comparaison des énergies d'excitation, il a été possible de déterminer qu'une observation importante a trait que les changements dans les divers états électroniques ne sont pas liés d'une façon évidente avec une augmentation de la valeur n quand on considère le modèle du continuum polarisable. Une autre observation a trait au fait que les interactions moyennes des liaisons hydrogènes peuvent être renforcées avec une augmentation de la charge négative en raison d'une diminution des énergies d'excitation.

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