Чи є адекватним іонізаційний механізм спонтанних транзицій? Квантово-хімічне дослідження

Abstract

Мета. Використовуючи найпростіші молекулярні моделі – пари основ ДНК, одна з яких є іонізованою, та електронейтральні й іонізовані ДНК-подібні конформери канонічних нуклеозидів, теоретично дослідити адекватність іонізаційного механізму виникнення спонтанних транзицій. Методи. Неемпірична квантова хімія, фізико-хімічна кінетика, аналіз топології електронної густини за Бейдером. Результати. Показано, що на рівні пар основ іонізаційний механізм виникнення транзицій не гарантує жодних переваг у порівнянні з іншими механізмами, представленими в літературі. Проте протонування/депротонування основ у складі будь-якого канонічного нуклеозиду суттєво збурює ДНК-подібні конформації останнього. Висновки. Іонізаційний механізм не може претендувати на вичерпне пояснення природи спонтанних транзицій.

Aim. To investigate theoretically the adequacy of the ionization mechanism of the spontaneous transitions appearance, using simple molecular models – DNA base pairs, one of which is ionized, and electroneutral and ionized DNA-like conformers of canonical nucleosides. Methods. Non-empirical quantum chemistry, physicochemical kinetics and analysis of the electron density by means of Bader’s atoms in molecules (AIM) theory were used. Results. It is established at base pairs that the ionization mechanism of transitions origin doesn’t imply any advantages in comparison with other mechanisms described in literature. However, the protonation/deprotonation of base in any canonical nucleoside significantly perturbs DNA-like conformations of the latter. Conclusions. The ionization mechanism can’t explain entirely the nature of the spontaneous transitions.

Цель. Используя простые молекулярные модели – пары оснований ДНК, однo из которых является ионизированным, а также электронейтральные и ионизированные ДНК-подобные конформеры канонических нуклеозидов, теоретически исследовать адекватность ионизационного механизма возникновения спонтанных транзиций. Методы. Неэмпирическая квантовая химия, физико-химическая кинетика, анализ топологии электронной плотности по Бейдеру. Результаты. Показано, что на уровне пар оснований ионизационный механизм возникновения транзиций не гарантирует никаких преимуществ по сравнению с другими механизмами, представленными в литературе. Однако протонирование/депротонирование оснований в составе любого канонического нуклеозида существенно изменяет ДНК-подобные конформации последнего. Выводы. Ионизационный механизм не может претендовать на исчерпывающее объяснение природы спонтанных транзиций.