Моделирование комплексов ДНК с биологически активными соединениями

• Автор: Рамазанов, Руслан Рафядинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Исследование взаимодействия ДНК с заряженными молекулами в рамках методов компьютерного моделирования

1.1. Структура ДНК и ее полноатомная модель

1.2. Методы компьютерного моделирования для исследования физикохимических свойств ДНК

1.3. Координационные соединения Рг и Рс1. Исследование их взаимодействия с

ДНК методами квантовой химии

1.4. Рассмотрение ПАВ в растворе ДНК в рамках методов молекулярного

моделирования

1.5. Нанокластеры серебра - новые функциональные объекты в нанотехнологии,

исследуемые в рамках методов вычислительной химии
Глава И. Теоретические методы
2.1. Расчеты с использованием методов квантовой химии
2.2. Расчеты с использованием метода молекулярной динамики
Глава III. Моделирование комплексов ДНК с биологически активными соединениями
3.1. Взаимодействие ДНК с координационными соединениями Р1:(П) и Рб(П)
3.2. Взаимодействие ДНК с фотоизомерами азобензольных катионных ПАВ
3.3. Взаимодействие ДНК с нанокластерами серебра
Заключение
Список литературы Приложение

Введение Актуальность темы исследования
Роль молекулярного моделирования в рамках теоретических методов исследования значительно возросла за последнее десятилетие благодаря интенсивному росту вычислительных возможностей и развитию быстрых и надёжных алгоритмов. Особый интерес вызывает возможность исследования методами молекулярного моделирования особенностей протекания различных физико-химических процессов недоступных исследованию прямыми экспериментальными методами. В частности, это касается рассмотрения на атомном уровне быстрых процессов в многостадийных химических превращениях, процессов проходящих на границе раздела фаз мезоскопических систем, а также маложивущих переходных состояний, определяющих кинетику химических реакций в сложных многокомпонентных системах.
На сегодняшний день интерес к исследованию специфических особенностей строения и свойств молекулы ДНК выходит далеко за рамки только фундаментальных научных вопросов, связанных с функционированием важнейшей биологической макромолекулы в клетке. Уже более 40 лет важным аспектом изучения структуры и свойств ДНК выступают исследования, связанные с выяснением молекулярных механизмов действия противоопухолевых препаратов, разрабатываемых на основе координационных комплексов переходных металлов платиновой группы, биологическая активность которых существенно определяется эффективностью связывания с ДНК-мишенью в клетке [1]. С другой стороны, хорошо изученные природные свойства биополимера, такие как чрезвычайно высокая плотность поверхностного заряда, регулярность пространственной организации, устойчивые конформационные характеристики в различных средах, а также в значительной степени разработанные и относительно доступные синтетические методы получения заданных полимерных структур делают ДНК крайне
привлекательным и удобным объектом в других наукоёмких областях. Вместе с тем обширная экспериментальная база, включающая разносторонние исследования взаимодействия ДНК с различными заряженными агентами создает предпосылки развития совершенно новых технологических направлений. Так активно развивается направление структурной молекулярной технологии, задачей которой является использование ДНК для создания новых функциональных объектов в нанометровом масштабе. Например, в области наномедицины наблюдается возрастающий интерес к созданию сайт-специфичных и конформационно-специфичных маркеров ДНК для использования в сверхлокальной наноизбирательной диагностике генных заболеваний. Было показано [2], что нанокластеры серебра, сформированные на коротких участках ДНК, обладают, аналогично квантовым точкам на основе полупроводников, люминесценцией с большим квантовым выходом. Их люминесцентные характеристики оказались очень чувствительны к конформационным особенностям строения и последовательностям оснований ДНК, что может быть использовано для создания сайт-специфичных люминесцентных маркеров. Стремительно развивается направление невирусной генной терапии [3], основной задачей которой ставится разработка методов доставки в клетку компактной рекомбинантной ДНК, несущей необходимую генетическую информацию и имеющую в результате достаточные размеры для эффективного проникновения через мембрану клетки. В связи с этим практически перспективным выглядит использование катионных поверхностно активных веществ в роли компактизирующих агентов ДНК.
В данной работе применялись современные методы молекулярного моделирования для выявления механизмов формирования комплексов ДНК с различными заряженными агентами. Полученные в работе результаты закладывают теоретическую основу для разработки прикладных решений в

Е =ДЕ + А0 (Т)
а а а у / понр.

ЛЕа=АЕа +Еш(АВ*)-Е„к(АВ)

Энергия нулевых колебаний определяется уравнением: Еш = МА ^ /?у, где - число Авогадро, у, - частоты гармонических колебаний при значении полного колебательного квантового числа, равном нулю. В целом можно отметить, что характер ППЭ с рассчитанными Еа и АСр дают достаточную
оценочную информацию для количественного анализа направления и эффективности химической реакции.
В рамках задачи о взаимодействии ДІЖ с кластерами серебра рассматривались комплексы «плоских» кластеров серебра с аденином, гуанином, цитозином, а также структуры «нитевидных» кластеров серебра, стабилизированные в малой бороздке и на фосфатных группах полицитозиновой одноцепочечной последовательности.
На начальном этапе рассматривались свободные кластеры серебра и свободные азотистые основания, для верификации квантово-химического приближения с результатами предыдущих теоретических и экспериментальных исследований. Стартовые конфигурации соединений были получены в программе Ауо§абго. Дальнейшая оптимизация геометрических параметров основного и возбуждённого состояния свободных компонент комплексов, расчёт спектров электронного возбуждения проводились с использованием теории функционала плотности, реализованного в программном пакете ОАМЕЗБ иБ [62]. Для атомов серебра использовался релятивистский эффективный псевдопотенциал КЕ5Р [63], учитывающий 28 остовных электронов. Остальные атомы описывались с помощью валентно-расщеплённого базисного набора 6-31 в* [61]. Для полной оптимизации
Комплексы кластеров серебра и ДНК.