Abstract In this work we have studied copper ion Cu(I) interaction with separated or adjacent nucleotides: Adenosine A-Cu(I), Thymidine T-Cu(I) and [Adenosine-Thymidine Cu(I)2]. The structures and thermodynamic stabilities of these molecules were studied in the gas phase by using the DFT method was used at the B3LYP/6–311 + G(d,p) level. In this manner, both the metal ion affinity (MIA = −ΔH) and the molecular electrostatic potential (MEP) were estimated and compared for all complexes. The molecular energies, which were monitored on performing angular torsions such as the [C4-N9-C12-O12] one for Adenosine and the [O10-C11-N1-C2] one for Thymidine, proved that copper Cu(I) interaction with Adenosine is larger. Then, the NBO charges were calculated for the adjacent nucleotides [A-T] and for their copper adduct [A–TCu(I)2]. The results show that hyper-conjugative interaction between a donor group (i.e., the non-bonding n lone pair of the nitrogen atom N33) and the acceptor orbital (i.e., anti-bonding σ* level of the N3–H13 linkage) is best stabilizing. In other words, the −18.51 kcal mol−1 energy associated to the D-A couple LP(N33))/σ*(N3-H13)) is found to be lower that the corresponding LP(O7)/σ*(N41-H42)) one −11.70 kcal mol−1. Accordingly, the hyper-conjugative component involving the adjacent nucleotides (LP(N33)/σ*(N3-H13)) favors the interaction of the nucleotide with the copper ion by about −6 kcal mol−1. The NBO charges prove that the hydrogen bond formed by [N33 (δ = −0.627)⋯H13 (δ = 0.457)] has stronger electrostatic character than that formed by [O7(δ = −0.679)⋯H42(δ = 0.432)].

中文翻译：

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铜离子 Cu(I) 对 DNA 核苷酸的相互作用影响：DFT 研究

摘要 在这项工作中，我们研究了铜离子 Cu(I) 与分离或相邻核苷酸的相互作用：腺苷 A-Cu(I)、胸苷 T-Cu(I) 和 [腺苷-胸苷 Cu(I)2]。这些分子的结构和热力学稳定性在气相中通过使用 DFT 方法在 B3LYP/6–311 + G(d,p) 水平上进行研究。以这种方式，估计并比较所有复合物的金属离子亲和力（MIA = -ΔH）和分子静电势（MEP）。在执行角扭转时监测的分子能量，例如 [C4-N9-C12-O12] 一种用于腺苷和 [O10-C11-N1-C2] 一种用于胸苷，证明铜 Cu(I) 与腺苷较大。然后，计算相邻核苷酸 [AT] 及其铜加合物 [A–TCu(I)2] 的 NBO 电荷。结果表明，供体基团（即氮原子 N33 的非键 n 孤对）和受体轨道（即 N3-H13 键的反键 σ* 水平）之间的超共轭相互作用是最好的稳定。换句话说，发现与 DA 对 LP(N33))/σ*(N3-H13)) 相关的 -18.51 kcal mol-1 能量低于相应的 LP(O7)/σ*(N41-H42 )) 一个 -11.70 kcal mol-1。因此，涉及相邻核苷酸的超共轭成分 (LP(N33)/σ*(N3-H13)) 有利于核苷酸与铜离子的相互作用约 -6 kcal mol-1。NBO电荷证明[N33 (δ = -0.627)⋯H13 (δ = 0.457)]形成的氢键比[O7(δ = -0.679)⋯H42(δ = 0.432)]形成的氢键具有更强的静电特性. 氮原子 N33) 和受体轨道（即 N3-H13 键的反键 σ* 水平）的非键 n 孤对对最稳定。换句话说，发现与 DA 对 LP(N33))/σ*(N3-H13)) 相关的 -18.51 kcal mol-1 能量低于相应的 LP(O7)/σ*(N41-H42 )) 一个 -11.70 kcal mol-1。因此，涉及相邻核苷酸的超共轭成分 (LP(N33)/σ*(N3-H13)) 有利于核苷酸与铜离子的相互作用约 -6 kcal mol-1。NBO电荷证明[N33 (δ = -0.627)⋯H13 (δ = 0.457)]形成的氢键比[O7(δ = -0.679)⋯H42(δ = 0.432)]形成的氢键具有更强的静电特性. 氮原子 N33) 和受体轨道（即 N3-H13 键的反键 σ* 水平）的非键 n 孤对对最稳定。换句话说，发现与 DA 对 LP(N33))/σ*(N3-H13)) 相关的 -18.51 kcal mol-1 能量低于相应的 LP(O7)/σ*(N41-H42 )) 一个 -11.70 kcal mol-1。因此，涉及相邻核苷酸的超共轭成分 (LP(N33)/σ*(N3-H13)) 有利于核苷酸与铜离子的相互作用约 -6 kcal mol-1。NBO电荷证明[N33 (δ = -0.627)⋯H13 (δ = 0.457)]形成的氢键比[O7(δ = -0.679)⋯H42(δ = 0.432)]形成的氢键具有更强的静电特性. 发现与 DA 对 LP(N33))/σ*(N3-H13)) 相关的 51 kcal mol−1 能量低于相应的 LP(O7)/σ*(N41-H42)) -11.70 kcal摩尔-1。因此，涉及相邻核苷酸的超共轭成分 (LP(N33)/σ*(N3-H13)) 有利于核苷酸与铜离子的相互作用约 -6 kcal mol-1。NBO电荷证明[N33 (δ = -0.627)⋯H13 (δ = 0.457)]形成的氢键比[O7(δ = -0.679)⋯H42(δ = 0.432)]形成的氢键具有更强的静电特性. 发现与 DA 对 LP(N33))/σ*(N3-H13)) 相关的 51 kcal mol−1 能量低于相应的 LP(O7)/σ*(N41-H42)) -11.70 kcal摩尔-1。因此，涉及相邻核苷酸的超共轭成分 (LP(N33)/σ*(N3-H13)) 有利于核苷酸与铜离子的相互作用约 -6 kcal mol-1。NBO电荷证明[N33 (δ = -0.627)⋯H13 (δ = 0.457)]形成的氢键比[O7(δ = -0.679)⋯H42(δ = 0.432)]形成的氢键具有更强的静电特性.