Природа ассоциации нуклеотидных оснований в воде: моделирование гидратации пиримидиновых оснований и их молекулярных ассоциатов методом Монте-Карло

Abstract

Представлены результаты моделирования гидратации молекул урацила и тимина, их стопкообразных димеров и водородно-связанных пар оснований методом Монте-Карло. Расчеты выполнены в кластерном приближении с использованием полуэмпирических атом-атомных потенциальных функций (размер кластера составляет 200 молекул воды). Показано, что стэкинг-взаимодействия молекул урацила и тимина в воде в основном возникают в результате увеличения взаимодействия вода – вода при переходе от мономеров к димеру. Обнаружено, что в воде стопкообразные ассоциаты оснований энергетически более предпочтительны, чем пары оснований. Эта предпочтительность в основном обусловлена энергетически более выгодной структурой воды вокруг стопки. Моделирование гидратации различных стопкообразных димеров тимина показало, что энергетически наиболее выгодным из них является тот, у которого метильные группы сближены.

Представлено результати моделювання гідратації молекул урацилу і тиміну, їхніх димерів і воднево-зв’язаних пар основ методом Монте-Карло. Розрахунки виконано в кластерному наближенні з використанням напівемпіричних атомно-атомних потенційних функцій (розмір кластера становить 200 молекул води). Показано, що стекінг-взаємодії молекул урацилу і тиміну у воді в основному виникають в результаті посилення взаємодії вода?вода при переході від мономерів до димеру. Виявлено, що у воді купкоподібні асоціати основ енергетично кращі, ніж пари основ. Ця перевага в основному обумовлена енергетично вигіднішою структурою води навколо купки. Моделювання гідратації різних купкоподібних димерів тиміну показало, що енергетично найвигіднішим з них є той, у якого метильні групи зближені.

Results of the Monte Carlo simulation of the hydration of uracil and thymine molecules, their stacked and hydrogen-bonded base pairs are presented. Simulations have been performed in a cluster approximation. The semiempirical atom-atom potential functions have been used (cluster consisting of 200 water molecules). It is shown that the stacking interactions of uracil and thymine molecules in water arise mainly due to the increase in the water-water interaction during the transition from monomers to dimer. It is found that stacked base associates are more preferable than base pairs in water. This preference is mainly due to the energetically more favourable structure of water around the slack. The simulation of the hydration of different stacked thymine dimers has shown that the most favourable of them is the one for which base methyl groups are close to each other.