Biopolym. Cell. 1997; 13(4):261-268.
Структура та функції біополімерів
Про новий механізм мутацій під дією УФ-світла. Теоретичне
вивчення двохпротонної фототаутомерії у модельній парі основ
ДНК
1Данілов В. І., 1Михальова О. В., 1Слюсарчук О. Н., 2Стюарт Дж. Дж., 3Альдерфер Дж. Л.
- Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680 - Лабораторія обчислювальної хімії Стюарта
Колорадо Спрінгс, 80921-2512, США - Раковий інститут ім. Розвелл Парк
вул. Елм і Карлтон, Баффало, Нью-Йорк, США, 14 263
Abstract
Представлено детальне вивчення франк-кондонівських кривих потенціальних енергій для двухпротонного переносу по водневих зв'язках димера 7-азаіндолу в S0- і S1 -станах. Розрахунки було проведено напівемпірічним методом. AMI, який включає конфігураційну взаємодію. Показано, що в стані S1 рідка, таутомерна форма димера стабільніша, ніж його нормальна форма, і за певних умов вона може стати відповідальною за спектр довгохвильової (зеленої) флюоресценцїі. Розрахунки димера 7-азаіндолу з повною оптимізацією геометрії дають
вірогідніші значення параметрів, які характеризують франк-кондонівські криві водневих зв'язків, ніж аналогічні розрахунки,
у котрих відстань H...N7 у зв'язках N1—H...N7
була оптимізована. Так, висота потенціального бар'єру в станах S0- і S1
значно зменшується. Запропоновано найпростішу модельну систему, яка об'єднує нормальну і рідку форми димера 7-азаіндолу, що дозволяє провести розрахунки для обох форм димера в S0- і S1-станах з повною оптимізацією геометрії. Знайдено, що мінімум відповідної рідкої таутомерної форми димера глибший, ніж у нормальній формі. Цей результат підтримує головний висновок, зроблений із франк-кондонівських потенціальних кривих. Порівняння обчислених максимумів смуг поглинання і флюоресценції для рідкої димерної форми вказує на великий стоксівський зсув зеленої емісії, яка
близька до такої, що спостерігається в експериментах.
Повний текст: (PDF, російською)
References
[1]
al-Taylor C, Ashraf el-Bayoumi M, Kasha M. Excited-state two-proton tautomerism in hydrogen-bonded n-heterocyclic base pairs. Proc Natl Acad Sci U S A. 1969;63(2):253-60.
[2]
Pechenaya VI, Danilov VI. Quantum mechanical study of potential energy curves of protons in hydrogen bonds of 7-azaindole dimer in the ground and excited states. Chem Phys Lett. 1971;11(4):539–41.
[3]
Ingham KC, Abu-Elgheit M, El-Bayoumi MA. Confirmation of biprotonic phototautomerism in 7-azaindole hydrogen-bonded dimers. J Am Chem Soc. 1971;93(20):5023–5.
[4]
Ingham K, El-Bayoumi MA. Photoinduced double proton transfer in a model hydrogen bonded base pair. Effects of temperature and deuterium substitution. J Am Chem Soc. 1974;96(6):1674–82.
[5]
El-Bayoumi MA, Avouris P, Ware WR. Dynamics of double proton transfer in the excited state of 7-azaindole hydrogen bonded dimer. A time-resolved fluorescence study. J Chem Phys. 1975; 62(6): 2499-2500.
[6]
El-Bayoumi MA. Relaxation processes in excited molecular systems. J Phys Chem. 1976;80(20):2259–64.
[7]
Hetherington WM, Micheels RH, Eisenthal KE. Picosecond dynamics of double proton transfer in 7-azaindole dimers. Chem Phys Lett. 1979;66(2):230–3.
[8]
Share P, Pereira M, Sarisky M et al. Dynamics of proton transfer in 7-azaindole. J Lumin. 1991; 4(49): 204-8.
[9]
Danilov VI, Il'chenko LG, Pechenaya VI. Theoretical study of double proton phototautomerism in the 7-azaindole-ethanol complex. Dopovidi Akad Nauk Ukr RSR. Ser B. 1978: 254-6.
[10]
Bulska IF, Grabowska A, Pakula B et al. Wild reinvestigation of the excited state reaction. J Lumin. 1984; 29: 65-81.
[11]
Fuke K, Yoshiuchi H, Kaya K. Electronic spectra and tautomerism of hydrogen-bonded complexes of 7-azaindole in a supersonic jet. J Phys Chem. 1984;88(24):5840–4.
[12]
Avouris P, Yang LL, El-Bayoumi MA. Excited state interactions of 7-azaindole with alcohol and water. Photochem Photobiol. 1976;24(3):211–6.
[13]
Konijnenberg J, Huizer AH, Varma CAGO. Solute-solvent interaction in the photoinduced tautomerization of 7-azaindole in various alcohols and in mixtures of cyclohexane and ethanol. J Chem Soc, Faraday Trans. 1988;84(8):1163-75.
[14]
Chen Y, Gai F, Petrich JW. Solvation of 7-azaindole in alcohols and water: evidence for concerted, excited-state, double-proton transfer in alcohols. J Am Chem Soc. 1993;115(22):10158–66.
[15]
Chou PT, Martinez ML, Cooper WC, Collins ST, McMorrow DP, Kasha M. Monohydrate catalysis of excited-state double-proton transfer in 7-azaindole. J Phys Chem. 1992;96(13):5203–5.
[16]
Chapman CF, Maroncelli M. Excited-state tautomerization of 7-azaindole in water. J Phys Chem. 1992;96(21):8430–41.
[17]
Chen Y, Rich RL, Gai F, Petrich JW. Fluorescent species of 7-azaindole and 7-azatryptophan in water. J Phys Chem. 1993;97(9):1770–80.
[18]
Fuke K, Kaya K. Dynamics of double-proton-transfer reaction in the excited-state model hydrogen-bonded base pairs. J Phys Chem. 1989;93(2):614–21.
[19]
Catal?n J, P?rez P. Photoinduced double proton transfer in a model hydrogen bonded base pair. Theoretical study. J Theor Biol. 1979;81(2):213-21.
[20]
Robison MM, Robison BL. 7-Azaindole. II. Conversion to 7-Methyl-7H-pyrrolo [2,3-b]pyridine and Related Compounds 1,2 . J Am Chem Soc. 1955;77(24):6554–9.
[21]
Graf F, Meyer R, Ha TK et al. Dynamics of hydrogen bond exchange in carboxylic acid dimers. J Chem Phys. 1981; 75(6):2914-8.
[22]
Chojnacki H, Lipi?ski J, Sokalski WA. Potential energy curves in complementary base pairs and in model hydrogen bonded systems. Int J Quant Chem. 1981;20(2):339–46.
[23]
Tokumura K, Watanabe Y, Itoh M. Deuterium isotope effects of excited-state and ground-state double-proton-transfer processes of the 7-azaindole H-bonded dimer in 3-methylpentane. J Phys Chem. 1986;90(11):2362–6.
[24]
Tokumura K, Watanabe Y, Udagawa M, Itoh M. Photochemistry of transient tautomer of 7-azaindole hydrogen-bonded dimer studied by two-step laser excitation fluorescence measurements. J Am Chem Soc. 1987;109(5):1346–50.
[25]
Bulska H, Chodkowska A. Lack of tunneling in the excited-state double proton transfer of 7-azaindole dimer? J Am Chem Soc. 1980;102(9):3259–61.
[26]
Chou P-T, Wei C-Y, Chang C-P, Chiu C-H. 7-Azaindole-assisted lactam-lactim tautomerization via excited-state double proton transfer. J Am Chem Soc. 1995;117(27):7259–60.
[27]
Chou P-T, Wei C-Y, Chang C-P, Kuo M-S. Structure and thermodynamics of 7-azaindole hydrogen-bonded complexes. J Phys Chem. 1995;99(31):11994–2000.
[28]
Pechenaia VI, Danilov VI. [Theoretical study of the role of base pair hydrogen bonds in DNA luminescence]. Biofizika. 1973;18(3):560-2.
[29]
Danilov VI, Pechenaya VI, Zheltovsky NV. Electronic absorption and emission spectra of nucleic acids and their components: Some questions of theory and experiment. Int. J. Quant. Chem. 1980; 17(2):307-20.
[30]
Blizzard AC, Santry DP. CNDO-2 calculations of the electronic structure of the guanine-cytosine base pair: proton transfer in excited states. J Theor Biol. 1969;25(3):461-72.
