Tag Archives: квантово-хімічні розрахунки
Конформаційна ємність 2′,3′-дидегідро-2′,3′-дидезоксіаденозину як ключ до розуміння його біологічної активності: результати квантово-хімічного моделювання
А. Г. Пономарьова1, Є. П. Юренко1, Р. О. Жураківський1, Д. М. Говорун1,2
1Інститут молекулярної біології та генетики НАН України, Київ;
2Інститут високих технологій, Київський національний університет
імені Тараса Шевченка, Україна;
е-mail: yevgen.yurenko@gmail.com
На рівні теорії MP2/6-311++G(d,p)//DFT B3LYP/6-31G(d,p) вперше проведено вичерпний конформаційний аналіз біологічно активного нуклеозиду 2′,3′-дидегідро-2′,3′-дидезоксіаденозину (d4A). Представлено основні геометричні, енергетичні та полярні характеристики 21 конформера d4A, а також основні конформаційні рівноваги за нормальних умов. Методом аналізу топології електронної густини встановлено, що молекула d4A стабілізується вісьмома типами внутрішньомолекулярних взаємодій: O5′H…N3, O5′H…C8, C8H…O5′, C2′H…N3, C5′H1…N3, C5′H2…N3 та C8H…H1/2C5′. Результати конформаційного аналізу дозволяють припустити, що біологічна активність d4A, швидше за все, полягає в тому, що він є термінатором синтезу полінуклеотидного ланцюга у напрямку 5′-3′, конкуруючи з канонічним 2′-дезоксіаденозином за зв’язування з активним центром відповідних ензимів.
Повне конформаційне сімейство 2′,3′-дидегідро-2′,3′-дидезоксигуанозину: квантово-хімічне та електронно-топологічне дослідження
А. Г. Пономарьова1, Є. П. Юренко1,2,3,
Р. О. Жураківський1,2, Д. М. Говорун1,2,3
1Інститут молекулярної біології та генетики НАН України, Київ;
e-mail: yevgen.yurenko@gmail.com;
2Науковий та освітній центр «Державна ключова лабораторія молекулярної
та клітинної біології», Київ, Україна;
3Київський національний університет імені Тараса Шевченка,
Інститут високих технологій, Україна;
e-mail: dhovorun@imbg.org.ua
Вперше на рівні теорії MP2/6-311++G(d,p)//DFT B3LYP/6-31G(d,p) проведено повний конформаційний аналіз 2′,3′-дидегідро-2′,3′-дидезоксиагуанозину (d4G), біологічно активного нуклеозиду – інгібітора ВІЛ-зворотної транскриптази (ЗТ). Представлено основні геометричні, енергетичні та полярні характеристики знайдених 20 конформерів, а також основні конформаційні рівноваги за нормальних умов. Встановлено, що d4G стабілізується дев’ятьма типами внутрішньомолекулярних специфічних зв’язків: O5′H…N3, O5′H…C8, C8H…O5′, C2′H…N3, C5′H1…N3, C5′H2…N3, C8H…H1′C5′, C8H…H2′C5′ та N2H1…O5′. Одержані результати підтверджують, що біологічна активність d4G пов’язана з термінацією синтезу полінуклеотидного ланцюга у напрямку 5′-3′ шляхом конкуренції з канонічним 2′-дезоксигуанозином за зв’язування із активним центром ензиму.
Структурно-енергетичні властивості чотирьох конфігурацій пар основ ДНК А•Т і G•C
О. О. Броварець
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ;
Науково-навчальний центр «Державна ключова лабораторія молекулярної
і клітинної біології», Київ, Україна;
Інститут високих технологій Київського національного університету
імені Тараса Шевченка, Українa;
e-mail: brovarets@list.ru
Методами неемпіричної квантової хімії на рівні теорії MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/6-311++G(d,p) вперше показано, що гугстинівська, обернена гугстинівська, вотсон-криківська і обернена вотсон-криківська конфігурації пар основ ДНК A·T i G·C є ізоелектронними та ізоморфними структурами з близькими динамічними властивостями. Спираючись на ці результати, постульовано неіонізаційний механізм «дихання» пари основ ДНК G·C за Гугстином, а саме – перетворення таутомеризованої (льовдінівської) пари G*·C*, яка має вотсон-криківську геометрію, в гугстинівську електронейтральну пару G*·C* Н, яка стабілізується трьома Н-зв’язками O6H…N4, N3H…N7 i C8H…O2. Припускається, що такий сценарій розвитку подій спрацьовує в тому разі, коли ДНК знаходиться не у водному розчині, а функціонує разом із протеїнами і протонування цитозину за атомом N3 унеможливлене.
За яких умов вотсон-криківська пара основ ДНК G•C набуває всіх чотирьох конфігурацій, характерних для вотсон-криківської пари основ ДНК A•T?
О. О. Броварець
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Київ;
Науково-навчальний центр «Державна ключова лабораторія молекулярної
і клітинної біології», Київ, Україна;
Інститут високих технологій Київського національного університету
імені Тараса Шевченка, Українa;
e-mail: brovarets@list.ru
На рівні теорії MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/6-311++G(d,p) вперше показано, що льовдінівська пара основ G*·C* L, утворена мутагенними таутомерами, може набувати, як і вотсон-криківська пара основ ДНК A·T, чотирьох біологічно важливих конфігурацій, а саме: вотсон-криківської, оберненої вотсон-криківської, гугстинівської і оберненої гугстинівської. Цей факт демонструє доволі неочікувану роль таутомеризації однієї із вотсон-криківських пар основ ДНК, зокрема подвійним перенесенням протону: саме таутомеризація G·C→G*·C* дозволяє подолати стеричні перепони для реалізації вищезгаданих конфігурацій. Обговорюються геометричні, електронно-топологічні та енергетичні характеристики Н-зв’язків, що стабілізують досліджені пари, а також енергетичні характеристики останніх.