Biopolym. Cell. 2010; 26(4):295-298.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000162
Молекулярна біофізика
Cтабільність мутагенних таутомерів урацилу та його галогенових похідних: результати квантово-механічного дослідження
1, 2Броварець О. О., 1, 3Говорун Д. М.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680
  2. Київський національний університет імені Тараса Шевченка
    вул. Володимирська 64/13, Київ, Україна, 01601
  3. Інститут високих технологій,
    Київський національний університет імені Тараса Шевченка
    пр. Академіка Глушкова 2, кор. 5, Київ, Україна, 03022

Abstract

Мета. Дослідити квантово-механічними методами внутрішньомолекулярну таутомеризацію урацилу (Ura) та вплив на цей процес заміни метильної (Me) групи тиміну (Thy) на галоген. Методи. Неемпірична квантова механіка, аналіз топології електронної густини за Бейдером, фізико-хімічна кінетика. Результати. Вперше встановлено, що заміна Me-групи тиміну на галоген (Br, F, Cl) практично не впливає на основні фізико-хімічні характеристики внутрішньомолекулярної таутомеризації. Водночас енергія таутомеризації Ura у порівнянні з аналогічною величиною для Thy збільшується на 3,08 ккал/моль за нормальних умов. Висновки. Таким чином, Thy (на противагу від Ura), очевидно, здатний як канонічна нуклеотидна основа ДНК забезпечити разом із Ade, Gua і Cyt прийнятний рівень мінливості геному з точки зору його адаптаційного резерву. Мутагенна дія галогенпохідних Ura безпосередньо не пов’язана з їхньою таутомеризацією.
Keywords: основи ДНК, урацил, мутагенні таутомери, галогенізація урацилу, час життя, внутрішньомолекулярна таутомеризація, квантово-механічні розрахунки
Повний текст: (PDF, українською)

References

[1] Brovarets' O. O., Hovorun D. M. How stable are the mutagenic tautomers of DNA bases? Biopolym. Cell 2010 26, N 1:72–76.
[2] Drake J. W., Baltz R. H. The biochemistry of mutagenesis Annu. Rev. Biochem 1976 45:11–37.
[3] Fryxell K. J., Zuckerkandl E. Cytosine deamination plays a primary role in the evolution of mammalian isochores Mol. Biol. Evol 2000 17, N 9:1371–1383.
[4] Litman R. M., Pardee A. B. The induction of mutants of bacteriophage T2 by 5-bromuracile. III. Nutritional and structural evidence regarding mutagenic action Biochim. Biophys. Acta 1960 42:117–130.
[5] Rudner R., Shapiro H., Chargaff E. Distribution of 5-bromouracil among the pyrimidine clusters of the deoxyribonucleotide acid of E. coli Nature 1962 195, N 4837:143– 146.
[6] Kramer G., Wittmann H. G., Schuster H. Die Erzeutung von Mutanten des Tabakmosaikvirus durch den Einbau von Fluorouracil in die Virus-nukleinsaure Z. Naturforsch. B 1964 19:46–51.
[7] Cooper P. D. The mutation of polivirus by 5-fluoruracil Virology 1964 22, N 2:186–192.
[8] Hanus M., Kabela M., Nachtigallova D., Hobza P. Mutagenic properties of 5-halogenuracils: correlated quantum chemical ab initio study Biochemistry 2005 44, N 5:1701– 1707.
[9] Orozco M., Hernandez B., Luque F. J. Tautomerism of 1-methyl derivatives of uracil, thymine, 5-bromouracil. Is tautomerism the basis for the mutagenicity of 5-bromouridine? J. Phys. Chem. B 1998 102, N 26:5228–5233.
[10] Kochina OS, Zhyrakivsky RO, Hovorun DM. Influence of tautomerisation of nucleobases on conformational properties of nucleosides: a quantum-mechanical study withing the method of the density functional theory. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 2008; (1):181-6.
[11] Inge-Vechtomov S. G. Neodnoznachnost’ matrichnykh protsessov kak faktor adaptatsii Sistemy nadezhnosti kletki. Pod red. D. M. Grodzinskogo Kyiv: Nauk. dumka, 1977 P. 75–85.
[12] Lantsov V. A. DNA repair and carcinogenesis: universal mechanisms for repair in pro- and eukaryotes and consequences of the damage in humans. Mol Biol (Mosk). 1998; 32, N 5 P. 757–772.
[13] Watson J. D., Crick F. H. C. The structure of DNA Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol 1953 18:123–131.