Biopolym. Cell. 1995; 11(1):30-35.
Прототропна молекулярно-цвітеріонна таутомерія гіпоксантину: розрахунок методом AMI у вакуумному наближенні
1Говорун Д. М., 1Кондратюк І. В., 1Желтовський М. В.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Київ, Україна

Abstract

Напівемпіричним квантовохімічним методом AMI в режимі оптимізації всіх структур­них параметрів досліджено прототропну молекулярно-цвітеріонну таутомерію мінорної нуклеотидної основи – гіпоксантину (Hyp) у вільному стані. Встановлено, що сімейство його молекулярно-цвітеріонних таутомеріє, займаючи діапазон відносних енергій близько 26 ккал/моль, складається з 12 плоскосиметричних дипольно-стійких структурних ізомерів – 10 молекулярних і 2 цвітеріонних. За результатами розрахунків, при кім­натній температурі у газовій фазі співіснують два найбільш енергетично вигідні моле­кулярні кетонні таутомери Hyp N9H і N7H, причому більш полярна форма N9H є ос­новною (82 %); за цих же умов концентрація єнольних таутомеріє не перевшцус 0,2 Це кількісно підтверджує висновки щодо характеру таутомерної рівноваги Hyp у ва­куумі, зроблені на основі дослідження його 14 коливальних спектрів в умовах кріоген­ної матричної ізоляції (Шеїна Г. Г. та ні., 1986). Перехід Hyp до розчину з універ­сальним механізмом сольватації ще більше зсуває таутомерну рівновагу в бік високо-полярного таутомера N9H (98,6%); концентрація всіх інших таутомеріє, за винятком таутомера N7H (1,4 %), за цих же умов надто низька, щоб брати її до уваги. Встанов­лено, що основна ілідна форма Hyp, що характеризується локалізацією імінопротонів при атомах N1, N7, N9 без атома водню при атомі С8, є перехідним станом воднево-Оейтеро-тритієвого обміну групи С8Н у вільному стані. Близькість розрахованої вели­чини енергетичного бар'єра цієї реакції до експериментальної підтверджує, на думку авторів, ілідний механізм воднево-дейтеро-тритієвого обміну групи С8Н Hyp з водою при кислих і нейтральних рН. В рамках отриманих результатів обговорюються причини «заміни» гуаніну на Hyp в антикодонових триплетах тРН

References

[1] Saenger W. Principles of nucleic acid structure. New York: Springer, 1984 556 p.
[2] Sheina GG, Radchenko YeD, Stepanian SG, Ivanov AYu, Blagoi YuP. Vibration spectra of hypoxanthine. Biofizika. 1986; 31(4):555-60.
[3] Sheina GG, Stepanian SG, Radchenko ED, Blagoi YP. IR spectra of guanine and hypoxanthine isolated molecules. J. Mol. Struct. 1987;158:275–92.
[4] Sheina GG. Prototropic tautomerism of purine and pyrimidine bases of nucleic acids: Dis. ... Dr. Khim. nauk. Kiev: Inst bioorg. Chemistry and petrochemistry of Sciences of Ukraine, 1992; 42p
[5] Burshteyn KN, Shorygin PL. Quantum chemical calculations in organic chemistry and molecular spectroscopy. Moscow: Nauka, 1989. 104 p.
[6] Norinder U. A theoretical reinvestigation of the nucleic bases adenine, guanine, cytosine, thymine and uracil using AM1. J Mol Struct. 1987;151:259–69.
[7] Sabio M, Topiol S Lumma Jr WC. An investigation of tautomerism in adenine and guanine. J Phys Chem. 1990; 94 (4):1366-1372.
[8] Govorun DN, Danchuk VD, Mishchuk YR, Kondratyuk IV, Radomsky NF, Zheltovsky NV. AM1 calculation of the nucleic acid bases structure and vibrational spectra. J Mol Struct. 1992;267:99–103.
[9] Kondratyuk IV, Govorun DM, Zheltovskyy MV. Prototropic tautomerism of molecular xanthine. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 1995; (4):109-12.
[10] Rambidi NG. Molecular structure in terms of experimenter-evolution of concepts and problems. Zh. Strukt Khim. 1982. 232(6):113-33.
[11] Urazovskiy SS. On the molecular polymorphism (to build a new theory of polymorphism). Kiev: Academy of Sciences of the USSR, 1950; 72 p.
[12] Samoshin V. V., Zefirov N. S. Conformational transformations of organic molecules in solution. Zhurn. Vsesoyuz. khim. obshchestva im. D. I. Mendeleyeva. 1984; 29(5):521-30.
[13] Morozov YuV, Vazhulina NP. Electronic structure, spectroscopy and reactivity of molecules: nucleobases, vitamins B6 and their analogs. Moscow: Nauka, 1989. 288 p.
[14] Poltev VI, Bruskov VI, Shuliupina NV, Rein R, Shibata M, Ornstein R, Miller J. Genotoxic modification of nucleic acid bases and biological consequences of it. Review and prospects of experimental and computational investigations. Mol Biol (Mosk). 1993;27(4):734-57.
[15] Govorun DM, Mishchuk YAR, Kondratyuk IV, Zheltovs'kiy MV. About nonplanarity hydrogenbinded complementary pairs of DNA bases: Proc. I Ukrainian-Polish symposium on hydrogen bonding. Odessa, 1992: 26.
[16] Boerth DW, Harding FX. Theoretical investigation of acidity and isotope exchange in purine nucleotide cations. J Am Chem Soc. 1985;107(10):2952–69.
[17] Agranovich IM. Conformational features of DNA in solution and in biological objects, revealed by the slow H1-H3 - exchange: Author. dis. ... kand. khim. nauk, Moscow: USSR Academy of Sciences Institute of Molecular Biology, 1985 21 p.