Biopolymers and Cell. 2011; 27(1): 74-81

АНАЛИЗ КОНФОРМАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МОЛЕКУЛЫ 2-ДЕЗОКСИ-D-РИБОФУРАНОЗЫ КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКИМ МЕТОДОМ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ

Николаенко Т. Ю., Булавин Л. А., 1,2Говорун Д. Н.

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко
ул. Владимирская 64, Киев, Украина, 01033

1 Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины
ул. Ак Заболотного, 150, Киев, Украина, 03680

2Институт высоких технологий, Киевского национального университета имени Тараса Шевченко
пр. Ак. Глушкова 2 кор5, Киев, Украина, 03022

Цель. Выявить полное семейство конформеров α- и β-аномерных форм молекулы 2-дезокси-D-рибофуранозы и установить возможность использования этой молекулы для моделирования сахарного остатка ДНК. Методы. Конформации молекулы описаны при помощи четырех торсионных углов (β, γ, ε и χ') и угла псевдовращения фуранозного кольца Р. В 810 стартовых геометриях для всех аномеров каждый из углов β, γ, ε и χ' принимал каждое из значений +60, –60 и 180, а угол псевдовращения фуранозного кольца при этом – каждое из 10 различных значений. Оптимизацию геометрии выполняли квантово-механическим методом функционала плотности (DFT) с использованием обменно-корреляционного функционала B3LYP и стандартного базисного набора 6-31G(d,p). Электронные энергии при оптимизированных геометриях вычислены методом MP2/ 6-311++G(d,p), а для наиболее энергетически выгодных конформеров α- и β-аномерных форм – методом MP2/cc-pVQZ. Ангармоничность собственных колебаний молекулы описана в рамках спектроскопической теории возмущений второго порядка (PT2). Результати. Получены полные семейства конформеров для двух аномерных форм молекулы 2-дезокси-D- рибофуранозы. Для α-аномера оно состоит из 94 структур, а для β-аномера – из 107. Определено, что в газовой фазе в термодинамически равновесной смеси α- и β-аномеров будут преобладать представители α-семейства в пропорции 82:18 %. У каждого из конформеров охарактеризована ангармоничность его нормальных колебаний. Выводы. Установлено наличие B- и AII-ДНК-подобных структур в конформационных семействах обоих аномеров. Показано, что учет ангармоничности нормальных колебаний может существенно (более чем на kBT при нормальных условиях) изменить колебательную составляющую энергии Гиббса молекулы.

 
   
Ключевые слова: 2-дезокси-D-рибофураноза, конформационный анализ, расчеты ab initio.  

резюме на английском

резюме на украинском