Нуклеотидні основи як СН-кислоти

Abstract

Напівемпіричним квантовохімічним методом AMI в режимі оптимізації всіх структур­них параметрів досліджено газофазну СН-кислотність ряду пуринових (Ade, Gua, Хап, Hyp і Pur), піримідинових (Ura, Thy, Cyt і Руг) нуклеотидних основ та імідазолу (Im). Порівняння енергії депротонування зв'язків СН, яка визначає протонодонорні властивості останніх (чим менша енергія депротонування зв'язку, тим силь­ніша його протонодонорна функція) і лежить в діапазоні 350,8 ккал/моль (Hyp) – 403,4 ккал/моль (Im), з зарядами на атомах водню груп СН, їхніми рівноважними довжинами і частотами валентних СН-коливань свідчить про те, що на відміну від «нормальних» органічних СН-кислот, для нуклеотидних основ не вдається зафіксувати простих кореляційних співвідношень між СН-кислотністю і фізико-хімічними параметрами, що її визначають. Це пояснюється тим, що в стабілізацію карбаніонів нуклеотидних основ істотний, якщо не вирішальний, внесок на фоні Індуктивного механізму дають ефекти електронного спряження – про це свідчить значна делокалізація надлишкового негативного заряду при де протону ванні зв'язків СН. Отримана в роботі кількісна інформація щодо газофазної СН-кислотності нуклеотидних основ може бути використана, зокрема, для прогнозування внеску водневих зв'язків за участю груп СН азотистих основ у високо специфічні білково-нуклеїнові контакти.

Полуэмпирическим квантовохимическим методом AMl в режиме оптимизации всех структурных параметров исследована газофазная СН-кислотность ряда пуриновых (Ade, Gua, Xan, Hyp и Pur), пиримидиновых (Ura, Thy, Cyt и Руг) нуклеотидных оснований и имидазола (Im). Сравнение энергии депротонирования связей CH, определяющей протонодонорные свойства последних (чем ниже энергия депротонирования связи, тем сильнее ее протонодонорная функция) и лежащей в диапазоне 350,8 ккал/моль (С2Н2 Hyp)–403,4 ккал/моль (С4Н4 Im), с зарядами на атомах водорода групп CH, их равновесными длинами и частотами валентных СН-колебаний, свидетельствует о том, что в отличие от «нормальных» органических СН-кислот для нуклеотидных оснований не удается зафиксировать простых корреляционных соотношений между CH-кислотностью и физико-химическими параметрами, которые ее определяют. Это объясняется тем ,что в стабилизацию карбанионов нуклеотидных оснований существенный, если не основной вклад, на фоне индуктивного механизма дают эффекты электронного сопряжения – об этом свидетельствует значительная делокализация избыточного заряда, охватывающая все без исключения атомы, при депротонировании связей CH. Полученная в работе количественная информация о газофазной СН-кислотности может быть использована, в частности, для прогнозирования вклада водородных связей с участием групп CH азотистых оснований в высокоспецифические белково-нуклеиновые контакты.

The CH-acidity of some purine (Ade, Gua, Xan, Hyp and Pur) and pyrimidine (Ura, Thy, Cyt and Pyr) nucleotide bases and of imidazole was investigated in vacuum by means of semiempirical quantum mechanical AMI method with full optimization of all parameters. The consideration of CH bond deprotonation energies which determine the:r ability to donate protons and are situated in the 350,8 kcal/mol (Hyp C2H2) – 403,4 kcal/mol (Im C4H4) interval and correlation with the charges of CH group hydrogen atoms, equilibrium CH bond length and frequencies of strething -v (CH) vibration bring as about the conclusion that unlike «usual» organic CH-acids and physico-chemical parameters, which caused it. This may be explained by considerable (if main) contribution of conjugation effects (on the background of inductive mechanism) to the stabilization of carbanion of nucleotide bases, which is confirmed by significant change delocalization involving all the atoms under deprotonation of CH group. The obtained quantitative information on the vacuum CH-acidity of nucleotide bases may be useful to predict contributions of H-bond involving C–H groups of nucleotide bases to high specific protein-nucleic acid contacts.