Trong phần trước chúng tôi đã mô phỏng được quá trình tautomer hóa của thymine, vậy liệu có thể theo dõi được quá trình này hay không. Nếu làm được điều này thì việc điều khiển quá trình tautomer hóa này sẽ có thể trở thành hiện thực trong tương lai gần. Với mô hình thí nghiệm được giữnhư cũ, trong suốt quá trình tautomer hóa này, chúng tôi liên tục chiếu lade vào quá trình này và thu HHG phát ra với hy vọng có thể theo dõi đư ợc quá trình này. Quá trình tautomer hóa của thymine từ trạng thái enol sang keto được mô tảnhư hình vẽ sau.
Hình 4.7: Quá trình chuyển đồng phân của phân tử thymine. Đường mũi tên màu xanh chỉ quá trình dịch chuyển của nguyên tử H11.
Quan sát hình trên ta nhận thấy quá trình tautomer hóa được diễn ra như sau. Nguyên tử H11 nhận được năng lượng bứt khỏi mối liên kết với O8, sau đó chuyển động về hướng nguyên tử N3. Trong quá trình tautomer hóa này phân tử sẽđi qua trạng thái chuyển tiếp và quá trình kết thúc khi liên kết H11-N3 được hình thành và tạo thành trạng thái cân bằng bền keto. Do đó để đặc trưng cho quá trình tautomer hóa này chúng ta có thể đặc trưng bằng vị trí của H11 trong không gian. Ở đây chúng tôi chọn góc giữa O8C4H11 làm đặc trưng cho quá trình chuyển đồng phân này và gọi nó là góc cấu trúc θH.
Hình 4.8: Góc cấu trúc trongquá trình tautomer hóa của phân tử thymine
Góc cấu trúc đặc trưng cho ba trạng thái của phân tử thymine là ~300 cho trạng thái enol, ~520 cho trạng thái chuyển tiếp và 940
Khảo sát sự phụ thuộc của cường đô HHG vào hai biến số góc định phương và góc cấu trúc chúng tôi thu được kết quảnhư sau:
cho trạng thái keto.
Hình 4.9: Cường độ HHG song song phụ thuộc vào góc định phương và góc cấu trúc trong quá trình hỗ biến hóa học của thymine ứng với bậc 19 và 21.
Trong cả quá trình tautomerism, dựa vào HHG song song với bậc 19 và 21 ta nhận thấy HHG cực đại trong 3 vùng. Vùng thứ nhất là vùng nằm ở vị trí góc cấu trúc cỡ 300-350 tương ứng với
trạng thái enol; vùng thứ hai là vùng nằm trong khoảng góc cấu trúc cỡ 500-600 tương ứng với trạng thái chuyển tiếp; vùng thứ ba là vùng nằm trong khoảng góc cấu trúc cỡ 900-940 tương ứng với trạng thái keto. Với HHG vuông góc cũng như HHG song song nhưng với các bậc còn lại (khác bậc 19 và 21) thì các cực đại không trùng với ba trạng thái cân bằng này. Do đó sử dụng HHG song song bậc 19 và 21 ta có thể theo dõi được quá trình tautomerism của thymine.
KẾT LUẬN
1. Chúng tôi đã trình bày một cách có hệ thống các cơ sở lý thuyết hỗ trợ cho quá trình mô phỏng và tính toán trong luận văn:
Cấu trúc và đặc điểm của ADN, cơ chế phân tử của quá trình đột biến. Cơ sở về lade cực ngắn và cơ chế phát xạ HHG bậc cao.
Giới thiệu về mô hình tính toán.
2. Như vậy, bằng cách sử dụng phương pháp phiếm hàm mật độ DFT (Density Functional Theory) với hiệu chỉnh Gradient B3LYP và hệ hàm cơ sở 6-31G+(d,p) thông qua phần mềm Gaussian chúng tôi đã mô phỏng được cấu trúc và HOMO của ba trạng thái cân bằng của hai bazơ nitơ thymine. Kết quả tính toán phù hợp với thực nghiệm [20]. Sử dụng phương pháp động học phân tử bằng gần đúng Born-Oppenheimer chúng tôi đã mô phỏng được quá trình tautomerism của thymine, bằng hình ảnh mặt thế năng và đường phản ứng hóa học của phân tử. Dựa vào hình ảnh mặt thế năng (PES) của bazơ nitơ thymine chúng tôi đã chỉ ra 2 trạng thái bền enol và keto cũng như trạng thái chuyển tiếp. Mô phỏng được quá trình tautomer hóa của bazơ nitơ thymine bằng Gaussian và chỉ ra được năng lượng chênh lệch giữa hai tautomer là 0,62 eV.
3. Tiếp theo, dựa trên mô hình ba bư ớc Lewenstein, chúng tôi đã mô phỏng được HHG do tương tác của hai phân tử này với lade và theo dõi thành công quá trình tautomerism cho phân tử thymine. Kết quảnày mang tính định hướng cho thực nghiệm.
4. Tuy nhiên theo mô hình ba bư ớc Lewenstein thì lade chỉ tương tác với HOMO của phân tử. Vì HOMO của các trạng thái cân bằng của thymine là rất giống nhau, nên chưa thể sử dụng HHG phân biệt được các trạng thái cân bằng của phân tử thymine. Do đó cần thiết phải có mô hình tính toán chính xác hơn để mô phỏng HHG.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Mở rộng nghiên cứu cho các bazơ nitơ khác
- Quá trình deamination của cytosine là quá trình chuyển từ cytosine thành uracil không có trong ADN.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đinh Đoàn Long, Đỗ Lê Thăng (2009), “Cơ sở di truyền học phân tử và tế bào”, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội.
[2] Nguyễn Ngọc Ty, Nguyễn Đăng Khoa, Lê Văn Hoàng, “Thông tin động về cấu trúc phân tử C2H2 sóng hài bậc cao sử dụng xung lade siêu ngắn”, tạp chí khoa học ĐH Sư Phạm TP.Hồ Chí Minh, số12 (Khoa học Tự Nhiên) trang 119-130.
[3] Nguyễn Đăng Khoa, luận văn thạc sĩ, “Tách thông tin cấu trúc phân tử từ sóng hài bậc cao sử dụng laser siêu ngắn” trường Đại học Khoa học tự nhiên TP.Hồ Chí Minh, 2008.
[4] Nguyễn Đông Hải khóa luận tốt nghiệp, “Lade siêu ngắn và ứng dụng trong chụp ảnh phân tử”, trường Đại học Sư phạm TP.Hồ Chí Minh, 2006.
[5] Phan Văn Tân, “Ngôn ngữ lập trình Fortran 90”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội 2007. [6] Nguyen Ngoc Ty, Le Van Hoang, Vu Ngoc Tuoc, Le Anh Thu (2010), “Retrieving molecular
structural information and tracking HNC/HCN isomerization process with high harmonic generation by ultrashort lade pulses”, Communications in Physics 20 (accepted).
[7] Ngoc-Ty Nguyen, Bich-Van Tang, and Van-Hoang Le (2010), “Tracking molecular isomerization process with high harmonic generation by ultrashort lade pulses”, Journal of Molecular Structure, Theochem Volume 949, Issues 1-3, 15 June 2010, Pages 52-56.
[8] Le Van Hoang, Le Anh Thu, Rui-Hua Xie and Lin C.D. (2007), “Theoretical analysis of dynamic chemical imaging with lades using high-order harmonic generation”, Physical Review A 76, pp. 013414 – 13.
[9] Itatani J., Levesque J., Zeidler D., Niikura H., Pepen H., Kieffer J. C., Corkum P. B., Villeneuve D. M. (2004), “Tomographic imaging of molecular orbitals”, Nature 432, pp. 867 – 871.
[10] Lewenstein M., Balcou Ph., Ivanov M.Yu., L’Huillier Anne, and Corkum P.B. (1994), “Theory of high harmonic generation by low – frequency lade fields”, Physical Review A49, pp. 2117 – 2132.
[11] Frisch M. J. et al. (2003), GAUSSIAN 03, revision C.02, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA.
[12] Corkum P. B. (1993), “Plasma perspective on strong field multiphoton ionization”, Physical Review Letters 71, pp. 1994 – 1997.
[14] Xiao Xin Zhou, X. M. Tong, Z. X. Zhao, and C.D. Lin (2005), “Role of molecular orbital symmtre on the alignment dependence of high-order harmonic generation with molecules”, Physical Review A 71.
[15] Elguero, J.; Marzin, C.; Katritzky, A.R.; Linda, P., “The Tautomerism of Heterocycles. Adv.Heterocycl. Chem. Suppl. I” (1976).
[16] James B. Foresman, Eleen Frisch, “Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods”, 2nd
[17] Jirˇı´ Sˇ poner, Jerzy Leszczynski, Pavel Hobza, “Electronic Properties,Hydrogen Bonding, Stacking,and Cation inding of ADN and RNA Bases”, Institute of Biophysics, Academy of Sciences of the Czech Republic.
edition, Gaussian Inc., Pittsburgh, PA.
[18] Chirilă C.C., Lein M. (2009), “High-order harmonic generation in vibrating two-electron molecules”, Chemical Physics 366
[19] Le Anh Thu, Della Picca R., Fainstein P. D., Telnov D. A., Lein M. and Lin C. D. (2008), “Theory of high-order harmonic generation from molecules by intense lade pulses”, Journal of Physics B41, pp. 081002 – 6.
, pp. 54 – 57.