Phối tử HCOOH được chọn vỡ chỳng mang tớnh axit, và tớnh axit khỏ mạnh, trong phõn tử chứa nhiều nguyờn tử cú khả năng tạo liờn kết hiđrụ (2 nguyờn tử O, 1 nguyờn tử H). Kớch thước phõn tử HCOOH khụng quỏ lớn, nờn phõn tử HCOOH được mong đợi sẽ cú khả năng gắn kết tốt trờn ADN.
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
101
Tiến hành khảo sỏt tương tự cỏc phối tử khỏc, xột cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi HCOOH gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN tức là khi năng lượng hệ giảm dần, đạt đến giỏ trị khụng đổi (nhỏ nhất), độ dài liờn kết RC=O dần đến giỏ trịổn định (trạng thỏi “HCOOH- ADN” đạt đến cõn bằng). Tiến hành quột trong toàn bộ khụng gian hộp mụ phỏng chứa phõn tử ADN, thu được cỏc cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi phõn tử HCOOH gắn kết lờn ADN (hỡnh 3.9).
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
(i) (j)
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
102
(a), (b), (c) ứng với nhúm A(1), A(2), A(3)
(d), (e) ứng với nhúm C(1), C(2)
(f), (g), (h) ứng với nhúm G(1), G(2), G(3)
(i), (j) ứng với nhúm T(1), T(2)
Hầu hết cỏc đỏm gắn kết đều chứa liờn kết hiđrụ bền chặt (đỏm hỡnh thành bền vững), trừ trường hợp A(3) (hỡnh 3.9c), chứng tỏ khả năng gắn kết của HCOOH lờn ADN rất tốt. Liờn kết hiđrụ được tạo thành hoặc từ nguyờn tử O trong HCOOH hoặc từ nguyờn tử H liờn kết với O trong HCOOH với 1 nguyờn tử trong nhúm bazơ nitơ khảo sỏt hoàn toàn trựng hợp vị trớ tạo liờn kết hiđrụ trong chuỗi xoắn kộp [25]. Phối tử HCOOH gắn kết với bazơ nitơ
luụn ở phớa đối diện với nguyờn tử H thay thế (cascadeur), điều này cú thể
giải thớch vỡ kớch thước của phõn tử HCOOH khỏ lớn (so với CO và HCHO), khi nú tiếp cận với cỏc nguyờn tử lõn cận của nhúm bazơ nitơ khảo sỏt, lực cổ điển MM sẽ tăng nhanh, đẩy phõn tử HCOOH ra xa nờn khụng thể tiếp cận từ
phớa mạch ADN (phớa nguyờn tử H thay thế). Độ dài liờn kết hiđrụ được trỡnh bày trong bảng 3.5.
Bảng 3.5. Độ dài liờn kết hiđrụ của đỏm gắn kết hỡnh thành khi HCOOH gắn lờn cỏc nhúm bazơ nitơ của ADN
Bazơ Nitơ Liờn kết Độ dài (Å) A(1) N - HA1 HCOOH 1.94970 A(2) N - HA2 HCOOH 1.90405 C(1) H -OC1 HCOOH 2.28802 C(2) H -OC2 HCOOH 2.12189 G(1) H -OG1 HCOOH 2.38117 G(2) N - HG2 HCOOH 2.11992 G(3) H -OG3 HCOOH 2.02088 T(1) O - HT1 HCOOH 2.32696 T(2) O - HT2 HCOOH 2.33012
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
103
Nhận xột
Độ dài liờn kết hiđrụ tớnh được của cấu trỳc đỏm hỡnh thành hoàn toàn phự hợp với tài liệu tham khảo [26]. Khi ADN hỡnh thành chuỗi xoắn kộp [26], vị trớ nguyờn tử hỡnh thành liờn kết hiđrụ của hai mạch ADN trựng với cỏc vị trớ HCOOH gắn kết lờn nhúm bazơ nitơ đú. Điều này khẳng định phương phỏp tớnh cũng như cấu trỳc đỏm hỡnh thành là đỏng tin cậy. Khi khảo sỏt sự gắn kết của HCOOH lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN, đồng thời xem xột vai trũ của nhúm -COOH trong hợp chất, chỳng tụi đó xỏc định được cấu trỳc, sự định hướng của HCOOH, tớnh được độ dài liờn kết hiđrụ trong đỏm hỡnh, thành, đồng thời nhận thấy:
• HCOOH gắn kết lờn ADN cũng chịu ảnh hưởng nhiều của yếu tố khụng gian, phối tử HCOOH luụn ở vị trớ xa nhất so nguyờn tử H thay thế.
• Khi thay nguyờn tử H trong phõn tử HCHO bằng nhúm -OH thu được phõn tử HCOOH, độ phõn cực của phõn tử tăng rất mạnh, dẫn đến khả
năng gắn kết của phối tử lờn ADN tăng rừ rệt, tất cả cỏc cỏc bazơ nitơ đều tạo đỏm gắn kết và hầu hết cỏc cấu trỳc đỏm đều chứa liờn kết hiđrụ.
• Quỏ trỡnh gắn kết tạo nờn một trạng thỏi cõn bằng “HCOOH - ADN”.
Độ dài liờn kết RC=O trong phối tử đạt giỏ trị khụng đổi (thay đổi rất ớt so với liờn kết C=O trong phõn tử HCOOH ở trạng thỏi tự do).
• Quỏ trỡnh gắn kết HCOOH lờn phõn tử ADN chỉ ra rằng: Guanine là bazơ nitơ cú khả năng gắn kết kộm nhất.
3.2.3.2. Axit xian hiđric gắn kết trờn ADN
Để nghiờn cứu khả năng gắn kết của nhúm xianua (-C≡N), cũng như
khả năng gắn kết của cỏc phối tử mang tớnh axit yếu, chỳng tụi chọn phối tử
HCN, cú kớch thước phõn tử nhỏ, đơn giản. Tiến hành khảo sỏt tương tự cỏc phối tử khỏc, xột cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi HCN gắn kết lờn cỏc bazơ
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
104
nitơ trờn ADN khi năng lượng hệ giảm dần, đạt đến giỏ trị khụng đổi (năng lượng hệ đạt cực tiểu), Độ dài liờn kết RC≡N dần đến giỏ trị ổn định (trạng thỏi “HCN- ADN” đạt đến cõn bằng). Tiến hành quột trong toàn bộ khụng gian hộp mụ phỏng chứa phõn tử ADN, chỳng ta sẽ thu được cỏc cấu trỳc đỏm
được hỡnh thành khi phõn tử HCN gắn kết lờn ADN (hỡnh 3.10.). Độ dài liờn kết hiđrụ trong cỏc đỏm được trỡnh bày trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Độ dài liờn kết hiđrụ của đỏm gắn kết hỡnh thành khi HCN gắn lờn cỏc nhúm bazơ nitơ của ADN
Bazơ Nitơ Liờn kết Độ dài (Å)
C(1) H - NC1 HCN 2.27315 G(1) H - NG1 HCN 2.28759 G(2) H - NG2 HCN 2.42149 (a) (b) (c) (d) (e) (f)
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
105
(g) (h)
(i) (j)
Hỡnh 3.10. Cấu trỳc đỏm hỡnh thành khi HCN gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ ADN.
(a), (b), (c): ứng với nhúm A(1), A(2), A(3)
(d), (e): ứng với nhúm C(1), C(2)
(f), (g), (h): ứng với nhúm G(1), G(2), G(3)
(i), (j): ứng với nhúm T(1), T(2)
Từ cấu trỳc của cỏc đỏm ta nhận thấy, khi HCN tiếp cận một nhúm bazơ nitơ của ADN, phõn tử HCN bị biến dạng, khụng cũn nằm trờn đường thẳng (hỡnh 3.10.). Đa số trong cỏc trường hợp khi HCN tiếp cận ADN đều tạo nờn gắn kết thụng thường bằng lực Van der Waals, chỉ cú 3 trường hợp tạo được liờn kết hiđrụ là là cỏc bazơ nitơ: C(1) và G(2), G(3) (hỡnh 3.10.d, 3.10.g, 3.10.h). Kớch thước phõn tử HCN khụng lớn, nhưng do phõn tử HCN khụng hoạt động, độ phõn cực kộm, khả năng tạo liờn kết hiđrụ kộm, nờn sự
gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ khụng cao.
Nhận xột
Khảo sỏt sự gắn kết của HCN lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN, đồng thời xem xột vai trũ của nhúm -C≡N trong hợp chất, chỳng tụi thu được cỏc kết quả và cỏc nhận xột:
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
106
• HCN gắn kết lờn ADN ớt chịu ảnh hưởng của yếu tố khụng gian, cú lẽ
vỡ kớch thước phõn tử HCN nhỏ. Tuy vậy, phõn tử HCN luụn ở vị trớ xa so nguyờn tử H thay thế.
• Cấu trỳc phõn tử HCN bị biến dạng, khụng cũn giữ được cấu trỳc thẳng trong cỏc đỏm gắn kết.
• Xỏc định được cấu trỳc, sự định hướng của HCN trong đỏm, tớnh được
độ dài liờn kết hiđrụ trong những đỏm hỡnh thành.
• Độ phõn cực của phõn tử HCN khụng cao, chỉ cú nguyờn tử N cú độ
õm điện lớn (nhưng, mật độ electron trờn N thấp), nờn khả năng tạo
đỏm gắn kết cú chứa liờn kết hiđrụ là rất thấp, đỏm gắn kết hỡnh thành khụng bền.
• Quỏ trỡnh gắn kết tạo nờn một trạng thỏi cõn bằng “HCN - ADN”. Độ
dài liờn kết RC≡N trong phối tử đạt giỏ trị khụng đổi.
3.2.4. Gắn kết của cỏc phõn tử trung tớnh
3.2.4.1. Nước gắn kết trờn ADN [69, 107]
Nước là hợp chất rất quan trọng, gắn liền với cuộc sống của sinh vật. Nước đặc biệt gần gũi với cỏc quỏ trỡnh hoỏ sinh trong cơ thể người và sinh vật. Nước cú kớch thước phõn tử nhỏ, cú độ phõn cực lớn, cả 3 nguyờn tử cấu tạo nờn phõn tử nước đều cú khả năng tạo liờn kết hiđrụ, nờn nước được kỳ
vọng là phối tử cú khả năng gắn kết tốt. Tiến hành khảo sỏt tương tự cỏc phối tử khỏc, xột cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi phối tử H2O gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN tức là khi năng lượng của hệ giảm dần, đạt đến giỏ trị
khụng đổi, độ dài liờn kết RO-H dần đến giỏ trị ổn định (trạng thỏi “H2O- ADN” đạt đến cõn bằng). Tiến hành quột trong toàn bộ khụng gian hộp mụ phỏng chứa phõn tử ADN, thu được cỏc cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi phối tử H2O gắn kết lờn ADN (hỡnh 3.11.).
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN 107 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j)
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
108
(a), (b), (c) ứng với nhúm A(1), A(2), A(3);(d), (e) ứng với nhúmC(1), C(2)
(f), (g), (h) ứng với nhúmG(1), G(2), G(3);(i), (j)ứng với nhúm T(1), T(2) Từ cấu trỳc của cỏc đỏm gắn kết của nước với cỏc bazơ nitơ của ADN (hỡnh 3.11.) ta thấy, tất cả cỏc bazơ nitơ của chuỗi ADN đều tạo đỏm gắn kết bền vững với H2O (trong đỏm đều chứa liờn kết hiđrụ). Điều đặc biệt là liờn kết hiđrụ luụn được tạo ra từ nguyờn tử H của nước, và một nguyờn tử cú độ
õm điện lớn trong nhúm bazơ nitơ, nếu nhúm cú nguyờn tử O (nhúm chức xetụn) thỡ luụn tạo liờn kết với nguyờn tử O đú, nếu nhúm khụng chứa nguyờn tử O, thỡ tạo liờn kết với nguyờn tử N trong nhúm. Điều đú rất đỳng vỡ khả
năng tạo liờn kết của O tốt hơn của N và quan trọng nữa là kớch thước phõn tử
H2O nhỏ, nờn cú thể len lỏi trong mạch ADN, tỡm vị trớ thuận lợi nhất để tạo gắn kết. Sự định hướng của nước trong cấu trỳc đỏm luụn thuận lợi nhất về
khụng gian, luụn ở vị trớ xa nhất so với nguyờn tử H thay thế (Cascadeur).
Điều này cú thể giải thớch được vai trũ lực cổ điển MM đối với cỏc nguyờn tử
nằm ngoài nhúm bazơ nitơ khảo sỏt. Khi phõn tử nước lại gần vị trớ của H (Cascadeur) tức là tiến về phớa mạch ADN, thỡ lực MM của cỏc phõn tử lõn cận tỏc dụng lờn H2O tăng lờn rất nhanh và nước bị đẩy ra xa. Độ dài liờn kết hiđrụ được trỡnh bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Độ dài liờn kết hiđrụ khi H2O gắn kết lờn cỏc nhúm bazơ nitơ
Bazơ Nitơ Liờn kết Độ dài (Å) A(1) N - HA1 H O2 1.96873 A(2) N - HA2 H O2 1.97318 A(3) N - HA3 H O2 1.77656 C(1) O - HC1 H O2 1.93614 C(2) O - HC2 H O2 1.93217 G(1) O - HG1 H O2 1.78310 G(2) O - HG2 H O2 1.97273
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN 109 G(3) O - HG3 H O2 1.97322 T(1) O - HT1 H O2 1.90342 T(2) O - HT2 H O2 1.79455 Nhận xột
Khảo sỏt sự gắn kết của H2O lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN, đồng thời xem xột vai trũ của kớch thước [88] phối tử nhỏ, chỳng tụi thu được cỏc kết quả và cỏc nhận xột:
• H2O gắn kết lờn ADN ớt chịu ảnh hưởng của yếu tố khụng gian, vỡ kớch thước phõn tử H2O nhỏ. Tuy vậy, phõn tử H2O luụn ở vị trớ xa so với nguyờn tử H thay thế. Khi H2O gắn kết lờn ADN nú chỉ tập trung vào những vị trớ thuận lợi, khụng bị ỏn ngữ khụng gian hoặc liờn kết với nguyờn tử cú độ õm điện lớn hơn trong nhúm bazơ nitơ.
• Phõn tử H2O cú khả năng gắn kết tốt với cỏc nhúm bazơ nitơ. Khả năng gắn kết của H2O lờn ADN được quyết định bởi liờn kết hiđrụ. Liờn kết hiđrụ luụn tạo ra từ nguyờn tử H của H2O với một nguyờn tử cú độ õm
điện lớn trong nhúm bazơ nitơ (O hoặc N).
• Xỏc định được cấu trỳc, sự định hướng của H2O lờn nhúm gắn kết (phương phỏp nhiễu xạ tia X khụng thực hiện được), tớnh được độ dài liờn kết hiđrụ trong nhúm.
• Quỏ trỡnh gắn kết tạo nờn một trạng thỏi cõn bằng “H2O - ADN”. Độ
dài liờn kết RO-H đạt giỏ trị ổn định (thay đổi rất ớt so với liờn kết H-O trong phõn tử H2O ở trạng thỏi tự do).
• Độ dài liờn kết hiđrụ tớnh được của cấu trỳc đỏm hỡnh thành hoàn toàn phự hợp với tài liệu tham khảo [7]. Trong chuỗi xoắn kộp [6], vị trớ nguyờn tử cú độ õm điện lớn của nhúm bazơ nitơ hỡnh thành liờn kết hiđrụ với nước hoặc với bazơ nitơ khỏc hoàn toàn trựng nhau.
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
110
3.2.4.2. Rượu metylic gắn kết trờn ADN [19]
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của gốc hữu cơ đến quỏ trỡnh gắn kết, chỳng tụi chọn phối tử CH3OH, bằng việc thay thế nguyờn tử H trong nước (HOH) bằng nhúm metyl (-CH3). Tiến hành khảo sỏt tương tự cỏc phối tử khỏc, xột cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi CH3OH gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN tức là khi năng lượng hệ giảm dần, đạt đến giỏ trị khụng đổi, liờn kết RO-H dần
đến giỏ trị ổn định (trạng thỏi “CH3OH- ADN” đạt đến cõn bằng). Tiến hành quột trong toàn bộ khụng gian hộp mụ phỏng chứa phõn tử ADN, thu được cỏc cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi phõn tử CH3OH gắn kết lờn ADN (hỡnh 3.12.).
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
111
(i) (j)
Hỡnh 3.12. Cấu trỳc cỏc đỏm CH3OH gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ trong ADN
(a), (b), (c) ứng với nhúm A(1), A(2), A(3)
(d), (e) ứng với nhúm C(1), C(2)
(f), (g), (h) ứng với nhúm G(1), G(2), G(3)
(i), (j) ứng với nhúm T(1), T(2)
Bảng 3.8. Độ dài liờn kết hiđrụ khi CH3OH gắn kết lờn cỏc nhúm bazơ nitơ
Bazơ Nitơ Liờn kết Độ dài (Å)
C(1) H -OC1 CH OH3 1.99407
T(1) H -OA2 CH OH3 2.17300
Nhận thấy, khi thay thế nhúm -CH3 vào nguyờn tử H trong phối tử
nước, độ phõn cực giảm, kớch thước phõn tử tăng rừ rệt. Khả năng gắn kết giảm hẳn, trong cỏc cấu trỳc đỏm chỉ cú 2 đỏm hỡnh thành cú tạo liờn kết hiđrụ (C(1) và T(1)). Độ dài liờn kết hiđrụ trong cỏc đỏm được chỉ ra trong bảng 3.8.
Nhận xột
Khảo sỏt sự gắn kết của CH3OH lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN, đồng thời xem xột vai trũ của kớch thước phối tử nhỏ, độ phõn cực của phối tử, ảnh hưởng của nhúm hữu cơ -CH3 đến khả năng gắn kết lờn phõn tử ADN, chỳng tụi thu được cỏc kết quả và cỏc nhận xột:
• CH3OH gắn kết lờn ADN chịu ảnh hưởng nhiều của yếu tố khụng gian, vỡ kớch thước phõn tử CH3OH khỏ lớn. Khi CH3OH gắn kết lờn ADN thỡ chỉ tập trung vào những vị trớ thuận lợi, khụng bị ỏn ngữ khụng gian.
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN 112 • Phõn tử CH3OH cú khả năng gắn kết kộm với cỏc nhúm bazơ nitơ. Do độ phõn cực giảm, yếu tố hữu cơ (CH3) tăng, khả năng tạo liờn kết hiđrụ kộm. • Xỏc định được cấu trỳc, sự định hướng của CH3OH lờn nhúm gắn kết (phương phỏp nhiễu xạ tia X khụng thực hiện được), tớnh được độ dài liờn kết hiđrụ trong nhúm.
• Quỏ trỡnh gắn kết tạo nờn một trạng thỏi cõn bằng “CH3OH-ADN”. Độ
dài liờn kết RO-H trong phối tử nước đạt giỏ trịổn định (thay đổi rất ớt so với liờn kết H-O trong phõn tử CH3OH ở trạng thỏi tự do).
• Hiệu ứng khụng gian thể hiện khỏ rừ với phối tử CH3OH, với cỏc bazơ
nitơ cú kớch thước nhỏ (Thymine và Cytosine) khả năng gắn kết cao hơn, ngược lại với cỏc bazơ cú kớch thước lớn (Adenine và Guanine) khả năng gắn kết kộm, khụng tạo được liờn kết Hiđrụ trong đỏm hỡnh thành.
3.2.5. Gắn kết của phõn tử cú kớch thước cồng kềnh [109, 65]
Để nghiờn cứu ảnh hưởng của kớch thước phối tử đến quỏ trỡnh gắn kết, chỳng tụi đó chọn phối tử benzylamin để nghiờn cứu. Kớch thước của benzylamin (17 nguyờn tử)gần bằng kớch thước của cỏc bazơ nitơ trong chuỗi ADN. Bờn cạnh đú, benzylamin cũn được sử dụng làm chất ức chế, nờn việc khảo sỏt quỏ trỡnh gắn kết và cấu trỳc đỏm được hỡnh thành của benzylamin cú nhiều ý nghĩa thực tiễn. Tiến hành khảo sỏt tương tự cỏc phối tử khỏc, xột cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi benzylamin gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ trờn ADN tức là khi năng lượng hệ giảm dần, đạt đến giỏ trị khụng đổi, liờn kết RN-H dần đến giỏ trị ổn định (trạng thỏi “benzylamin- ADN” đạt đến cõn bằng). Tiến hành quột trong toàn bộ khụng gian hộp mụ phỏng chứa phõn tử
ADN, thu được cỏc cấu trỳc đỏm được hỡnh thành khi phõn tử benzylamin gắn kết lờn ADN (hỡnh 3.13.).
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN 113 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) Hỡnh 3.13. Cấu trỳc cỏc đỏm C6H5CH2NH2 (benzylamin) gắn kết lờn cỏc bazơ nitơ trong ADN
(a), (b), (c) ứng với nhúm A(1), A(2), A(3)
(d), (e) ứng với nhúm C(1), C(2)
(f), (g), (h) ứng với nhúm G(1), G(2), G(3)
(i), (j) ứng với nhúm T(1), T(2)
Mặc dự cú nhúm -NH2 liờn kết trực tiếp với nguyờn tử cacbon no, là nhúm cú mật độ electron lớn, khả năng tạo liờn kết hiđrụ tốt, nhưng vỡ kớch
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
114
thước phõn tử benzylamin rất lớn, yếu tố hữu cơ lấn ỏt, độ phõn cực của phõn tử rất thấp, nờn gần như khụng tạo liờn kết hiđrụ với cỏc bazơ nitơ trong cỏc