Особенности водородного связывания оснований в структуре коротких двойных цепочек олигонуклеотидов

• Автор: Кабанов, Артем Валерьевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 101 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Цель и задачи исследования

Научная новизна работы

КРАТКИЙ ОБЗОР НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОЙ И КВАНТОВОЙ ХИМИИ

Методы компьютерной химии

Методы молекулярной механики эмпирического силового поля

Методы, основанные на представлениях молекулярных орбиталей

Основные положения теории молекулярных орбиталей

Полуэмлирические методы расчетов

Неэмпирические iii методы
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1. Эволюция представлений о с труктуре ДНК
2. Роль водного и ионного окружения
3. Азотистые основания
4. Стэкинг взаимодействия оснований
5. Водородное связывание пар основании нуклеозидов и
нуклеотидов
Обоснование выбора полуэмпирической методики
Расчет основных термодинамических характеристик
Детали расчетов
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Глава I. Особенности водородного связывания пар оснований,
нуклеозидов и нуклеотидов.
Глава II. Водородное связывание коротких двойных
цепочек олигонуклеотидов.
Глава III. Влияние связанной воды на структурообразование
коротких цепочек олигонуклеотидов.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При изучении этих факторов, наряду с современными высокоточными экспериментальными методами исследований, важнейшее место в анализе структуры и динамики ДНК занимают и теоретические молекулярномеханические и квантовохимические подходы. Сегодня, наиболее совершенные теоретические квантовохимические методы расчета характеристик электронной структуры молекул достигают а подчас и превышают по точности данные многих экспериментальных методик. Одной из привлекательных особенностей квантовохимических подходов является возможность с одинаковым успехом исследовать свойства как экспериментально наблюдаемых структур, так и по какимлибо причинам ненаблюдаемых, модельных молекулярных образований. Вместе с тем, при всем многообразии экспериментальных и теоретических результатов исследований, свидетельствующих о зависимости вторичной структуры двойной спирали ДНК от нуклеотидной последовательности, вопрос о механизме инициирования такой зависимости еще далек от окончательного разрешения. Как это ни странно, но нет и единого мнения при изучении специфики водородного связывания пар оснований и ее роли в структурообразовании двойной спирали. Как было сказано ранее, Уотсоном и Криком было постулировано единственно возможное плоское водородное связывание пар оснований в спирали ДНК. Однако к настоящему времени есть достаточно экспериментальных свидетельств того, что в структуре нативных и синтетических поли и олигонуклеотдов, а также в структуре изолированных кристаллов нуклеотидов и нуклеозидов водородное связывание пар оснований практически никогда не бывает плоским. Б Нспаривании оснований наблюдаются многообразие форм связывания со значительными искажениями типа пропеллера и излома с деформационными углами доходящими до по сравнению с плоским вариантом. Наиболее распространенная на данный момент гипотеза излома водородного связывания пар, заключающаяся в накоплении стэкинговых возмущений при упаковке пар оснований в стопки, вступает в противоречие с указанными выше экспериментальными наблюдениями, так гак малость стэкинговых взаимодействий по сравнению с энергетикой водородного связывания пар не может удовлетворительно объяснить столь значительное деформирование водородного связывания. Несколько лет тому назад авторами Комаровым и Полозовым была выдвинута гипотеза о том, что неплоское Нсвязывание пар азотистых оснований есть, повидимому, внутреннее изначальное свойство самих пар. Обусловлено оно пирамидальным строением аминогрупп вовлеченных в водородное спаривание оснований. Такое неплоское строение Нсвязанных пар может играть одну из ключевых ролей в структурообразовании двойной спирали. Последующие простейшие квантовохимические расчеты показали плодотворность этого предположения в описании свойств различных видов Нспариваний оснований. Поэтому дальнейшие теоретические исследования особенностей водородного связывания пар оснований в структуре двухспиральных олигонуклеотидов, с привлечением современных методов компьютерной химии, представляются крайне важными, носят приори тетный характер и, тем самым, определяют актуальность темы диссертации. Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось установление роли особенностей водородного связывания одиночных пар оснований ДНК в механизме формирования зависимости вторичной структуры коротких двойных цепочек ДНК от нуклеотидной последовательности. Н1аучная новизна работы. Па основе современных полуэмпирических МЫООРМЗ квантовохимических расчетов впервые показано, что ненлоский характер водородного связывания большинства известных пар оснований, является изначальным, внутренним свойством самих пар. Это свойство инициирует у возможных типов пар в общем случае вариант геометрий их Нсвязывания. Нспаривания оснований, если в их водородном связывании принимает участие одна аминогруппа. Нсиаривании которых принимают участие две аминогруппы. Здесь образуются две зеркальноподобные структуры типа пропеллер и две зеркальноподобные структуры типа ступенька. Продемонстрировано сохранение неплоского водородного связывания в структуре большинства изолированных пар нуклеозидов и нуклеотидов.