Biopolym. Cell. 1997; 13(1):39-45.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000465
Структура та функції біополімерів
Структурно-динамічна модель спонтанних напіврозкритих станів ДНК
1Говорун Д. М.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680

Abstract

На основі дослідження напівемпіричним квантовохімічним методом MNDO/H гіперповерхні потенціальної енергії Уотсон-Криківських пар Ade:Thy і Gua:Cyt у вільному стані запропоновано структурно-динамічну модель спонтанних напіврозкритих станів дволанцюгової ДНК У рамках цієї моделі напіврозкриті метастабільні стани ДНК пов'язуються із спонтанним напіврозкритим метастабільним станом Уотсон-Криківської пари Ade:Thy, котрий стабілізується двома внутрішньопарними водневими зв'язками N3H...N1 і С2Н...О2 з вивільненою від водневого зв'язування аміногрупою Ade. При цьому віртуальним напіврозкритим станам пари Gua:Cyt, що утворюють­ся внаслідок повороту екзоциклічної аміногрупи Gua та Cyt в цис- та транс-положення відносно сусіднього подвійного зв'язку, відводиться роль попередника метастабільних напіврозкритих станів ДНК, які виникають при значно вищих температурах. Віртуальні напіврозкриті стани, на думку автора, сприяють також утворенню індукованих (наприклад взаємодією з лігандами різноманітної природи) напіврозкритих станів. Наводиться низка експериментальних фактів, які знаходять послідовне пояснення в рамках запропонованої моделі, підтверджуючи тим самим її адекватність.
Повний текст: (PDF, українською)

References

[1] Volkov SN. [A cracked state of the double-helical DNA]. Mol Biol (Mosk). 1995;29(5):1086-94.
[2] Frank-Kamenetski? MD. [Fluctuational mobility of DNA]. Mol Biol (Mosk). 1983;17(3):639-52.
[3] Reiss C. Selected topics in molecular biology, in need of «hard» science. Nonlinear excitations in biomolecules (Les Houches School (May 30 to June 4, 1994). Ed. M. Peyrard. Amster­dam: Springer, 1994: 35-60.
[4] Danilov VI, Kventsel GF. Electronic submission to the theory of point mutations. Kiev: Naukova Dumka, 1971; 83 p.
[5] Grebneva EA. [Irradiation of DNA with ultraviolet light: potential changes and mutations]. Mol Biol (Mosk). 1994;28(4):805-12.
[6] Grebneva EA. Heat electronic desexitation as a mechanism of twoproton transitions in DNA. Dopovidi Akad Nauk Ukrainy. 1994;(2):73-5.
[7] Florian J, Hrouda V, Hobza P. Proton transfer in the adenine-thymine base pair. J Am Chem Soc. 1994; 116,(4):1457-60.
[8] Longo RL, Freitas LCG. Adenine-Thymine proton relay: Electric field and environmental effects on point mutation DNA. Int J Quant Chem. 1990;38(S17):35–44.
[9] Kwiatkowski JS, Person WB. The tautomerism of the nucleic acid bases revisited: from non-interacting to interacting bases. Theor Biochem Mol Biophys. Eds D. L. Beveridge, R. Lavery. New York: Adenine press, 1990: 153-71.
[10] Nowak MJ, Les A, Adamowicz L. Application of ab-initio quantum mechanical calculations to assign matrix-isolation IR spectra of oxopyrimidines. Trends Phys Chem. 1994; 4: 137-68.
[11] Govorun DM, Kondratyuk IV, Zheltovsky NV. Nucleotide bases as CH-Acids. Biopolym Cell. 1995; 11(5):15-20.
[12] Govorun DM, Kondratyuk IV. Anisotropic rotation of amino groups in canonical nucleotide bases. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 1996:(10):151-4.
[13] Hovorun DM, Mishchuk YaR, Kondratyuk IV. Topological features of potential energy hypersurface of canonical nucleotide bases. Biopolym Cell. 1996; 12(5):13-7.
[14] Williams NG, Williams LD, Shaw BR. Dimers, trimers, and tetramers of cytosine with guanine. J Am Chem Soc. 1989;111(18):7205-9.
[15] Maleev VIa, Semenov MA, Gasan AI, Kashpur VA. [Physical properties of the DNA-water system]. Biofizika. 1993;38(5):768-90.
[16] Zhurkin VB. [Local mobility of the DNA double helix. Comparison of conformational analysis with experiments]. Mol Biol (Mosk). 1983;17(3):622-38.
[17] Kochoyan M, Leroy JL, Gu?ron M. Processes of base-pair opening and proton exchange in Z-DNA. Biochemistry. 1990;29(20):4799-805.
[18] Pippard A. Physics of oscillations. Quantum-mechanical systems. M.: Vyshchaya Shkova, 1989. 263 p.
[19] Engel JD, von Hippel PH. Effects of methylation on the stability of nucleic acid conformations. Studies at the polymer level. J Biol Chem. 1978;253(3):927-34.
[20] Grimm H, Rupprecht A. Inelastic neutron scattering studies of oriented DNA. Nonlinear excitations in biomolecules (Les Houches School (May 30 to June 4, 1994). Ed. M. Peyrard. Amsterdam: Springer, 1994: 101-15.
[21] Moe JG, Russu IM. Proton exchange and base-pair opening kinetics in 5'-d(CGCGAATTCGCG)-3' and related dodecamers. Nucleic Acids Res. 1990;18(4):821-7.
[22] McAteer K, Ellis PD, Kennedy MA. The effects of sequence context on base dynamics at TpA steps in DNA studied by NMR. Nucleic Acids Res. 1995;23(19):3962-6.
[23] Saenger W. Principles of nucleic acid structure. New York: Springer, 1984; 556 p. 23. Saenger W. Principles of nucleic acid structure. New York: Springer, 1984; 556 p.
[24] Collins MA, Zang F. Model simulation of base pair motion in B-DNA. Nonlinear excitations in biomolecules (Les Houches School, May 30 to June 4, 1994). Ed. M. Peyrard, Amsterdam: Springer, 1994: 117-125.
[25] Volkov SN. The mechanism of long-range DNA. Dopovidi akad nauk UkrSSR. 1988;(?):48-52
[26] Iakushevich LV. [Dynamics of DNA]. Mol Biol (Mosk). 1989;23(3):652-62.
[27] Manevich LI, Savin AV, Smirnov VV, Volkov SN. Solitons in non-degenarated bistable systems. Uspekhi Fizicheskih Nauk. 1994. 164(9):937-58.
[28] Burd JF, Wartell RM, Dodgson JB, Wells RD. Transmission of stability (telestability) in deoxyribonucleic acid. Physical and enzymatic studies on the duplex block polymer d(C15A15) - d(T15G15). J Biol Chem. 1975;250(13):5109-13.
[29] Lyubchenko YuA. Intramolecular melting of DNA: Auth Thesis. dr biol. nauk. M, Inst mol. genet AN SSSR. 1988. 52 p.
[30] Lando DIu, Fridman AS. [Theory of melting of chemically modified DNA containing a cross-link between chains]. Mol Biol (Mosk). 1995;29(5):1064-75.
[31] Auffinger P, Westhof E. H-bond stability in the tRNA(Asp) anticodon hairpin: 3 ns of multiple molecular dynamics simulations. Biophys J. 1996;71(2):940-54.
[32] Govorun DM, Mischuk YaR, Kondratyuk IV, Zheltovs'kyi MV. Dynamic stereo isomerism of Watson-Crick nucleotide base pairs. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 1995;(11):121-3.