Конформаційний аналіз низькомолекулярної моделі цукрово-фосфатного кістяка натрієвої ДНК

Abstract

Вперше квантово-механічним методом на рівні теорії MP2/6-311++G(2df,pd)//DFT B3LYP/6-31G(d,p) проведено повний конформаційний аналіз низькомолекулярної натрієвої сполуки, що моделює електронейтральний цукрово-фосфатний кістяк ДНК. Встановлено, що з усіх 8959 можливих конформерів лише 51 є твірними цукрово-фосфатного кістяка A-подібних форм ДНК. Не виявлено модельних A-подібних форм ДНК з нативними значеннями всіх торсійних кутів. Зафіксовано 53 твірних конформери цукрово-фосфатного кістяка B-подібних форм ДНК, шість з яких мають ідентичний до природних набір номенклатурних торсійних кутів α, β, γ, δ, ε та ζ. Виявлено 426 твірних конформерів цукрово-фосфатного кістяка P-подібних форм ДНК з цукрами C2'-endo та C3'-endo. Решта 509 сполук мають широкий спектр конформацій цукрів, найчисленнішими серед яких є C1'-exo та C4'-endo. Отримані результати узгоджуються з попередніми дослідженнями модельного біцукрового залишку, в яких фосфатна група нейтралізована протоном, та розширюють існуючі уявлення про конформаційну будову та мінливість макромолекули ДНК.

The complete conformational analysis of a low-molecular sodium compound which simulates the electroneutral sugar-phosphatic frame of DNA by a quantum|=|mechanical method at MP2/6-311++G(2df,pd)//DFT B3LYP/6-31G(d,p) level of theory is first performed. It is shown that only 51 from all 8959 possible conformers are formative for sugar-phosphatic frame of A-like DNA forms, among which there are no modeled A-like DNA forms with native values of all torsion angles. 53 formative conformers of sugar-phosphatic frame of B-like DNA forms are detected, 6 of them having a set of nomenclatural torsion angles α, β, γ, δ, ε, and ζ which are identical to natural ones. 426 formative conformers of sugar-phosphatic frame of P-like DNA forms with C2'-endo and C3'-endo sugars are determined. Other 509 compounds have a wide spectrum of sugar's conformations, the most numerous ones are C1'-exo and C4'-endo. The obtained results are in good agreement with our previous investigation of a modeled bisugar residue with proton neutralized phosphate group. In our opinion, these results broaden the conception of the structure and the conformational changeability of a DNA macromolecule.