Biopolym. Cell. 2004; 20(1-2):71-76.
Вивчення канонічних Уотсон-Криківських пар основ ДНК
методом теорії збурень Моллера-Плессета: природа
їхньої стабільності
1Данілов В. І., 2Анісімов В. М.
- Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680 - Фармацевтична школа, Університет Меріленда
620, Санкт Лексінгтон, Балтімор, MD 21201
Abstract
Використовуючи теорію збурень Моллера-Плессета у другому порядку, проведено градієнтну оптимізацію канонічних уотсон-криківських пар основ у базисах 6-31G* і 6-31G*(0,25).
Знайдено, що повна оптимізація геометрії на рівні МР2 спричинює внутрішньо неплоску пропелер-повернуту і вигнуту геометрію пар основ G-C і А-Т. Для дослідження водневих зв'язків в уотсон-криківських парах використано методи Мороку ми-Кітаури та зменшеного варіаційного простору для розкладу хартрі-фоківської енергії молекулярної взаємодії. Показано, що стабільність водневих зв'язків пар основ переважно з'являється за рахунок електростатичної взаємодії. В той же час поляризаційна і исперсійна компоненти та взаємодія з
перенесенням заряду також роблять значний внесок в енергію притяжіння основ.
Повний текст: (PDF, англійською)
References
[1]
Hobza, P., Sponer, J. Toward true DNA base-stacking energies: MP2, CCSD(T), and complete basis set calculations (2002) Journal of the American Chemical Society, 124 (39), pp. 11802-11808.
[2]
Sponer, J., Leszczynski, J., Hobza, P. Electronic properties, hydrogen bonding, stacking, and cation binding of DNA and RNA bases (2002) Biopotymers (Nucl. Acids Sci.), 61, p. 331.
[3]
Guerra, C.F., Bickelhaupt, F.M., Snijders, J.G., Baerends, E.J. The nature of the hydrogen bond in DNA base pairs: The role of charge transfer and resonance assistance (1999) Chemistry - A European Journal, 5 (12), pp. 3581-3594.
[4]
Guerra, F., C., Bickelhaupt, F.M., Snijders, J.G., Baerends, E.J. Hydrogen bonding in DNA base pairs: Reconciliation of theory and experiment (2000) Journal of the American Chemical Society, 122 (17), pp. 4117-4128.
[5]
Saniamwia, R., Vazquez, A. Structural and electronic property changes of the nucleic bases upon base pair formation (1994) J. Comput. Chem, 15, pp. 981-996.
[6]
Fellers, R.S., Barsky, D., Gygi, F., Colvin, M. An ab initio study of DNA base pair hydrogen bonding: A comparison of plane-wave versus Gaussian-type function methods (1999) Chemical Physics Letters, 312 (5-6), pp. 548-555.
[7]
Lai, C.-C., Shen, C.-C., Hu, C.-H. A comparative study of hydrogen bonding using density functional theory (2001) Journal of the Chinese Chemical Society, 48 (2), pp. 145-152.
[8]
Artacho, E., Machado, M., S?nchez-Portal, D., Ordej?n, P., Soler, J.M. Electrons in dry DNA from density functional calculations (2003) Molecular Physics, 101 (11), pp. 1587-1594.
[9]
Sherer, E.C., York, D.M., Cramer, C.J. Fast approximate methods for calculating nucleic acid base pair interaction energies (2003) Journal of Computational Chemistry, 24 (1), pp. 57-67.
[10]
Preuss, M., Schmidt, W.G., Seino, K., Furthm?ller, J., Bechstedt, F. Ground- and excited-state properties of DNA base molecules from plane-wave calculations using ultrasoft pseudopotentials (2004) Journal of Computational Chemistry, 25 (1), pp. 112-122.
[11]
Kurita, N., Araki, M., Nakao, K., Kobayashi, K. Efficiency of the MO method using a Slater-type basis set and non-local density functional formalism for describing DNA base stacking energy (1999) Chemical Physics Letters, 313 (3-4), pp. 693-700.
[12]
Ogawa, T., Kurita, N., Sekino, H., Kitao, O., Tanaka, S. Hydrogen bonding of DNA base pairs by consistent charge equilibration method combined with universal force field (2003) Chemical Physics Letters, 374 (3-4), pp. 271-278.
[13]
Danilov, V.I., Anisimov, V.M. The nature of the stability of Watson-Crick nucleic acids base pairs. Ab initio Hartree-Fock and post-Hartree-Fock theory studies (2003) J. Biomol. Struct, and Dyn, 20 D, pp. 935-936.
[14]
Danilov, V.J., Anisimov, V.M. The geometry of canonical Watson-Crick DNA base pairs: Ab initio post-Hartree-Fock theory studies (2003) J. Biomol. Struct, and Dyn, 20, pp. 937-938.
[15]
Moller, Chr., Plesset, M.S. Note on an approximation treatment for many-electron systems (1934) Physical Review, 46 (7), pp. 618-622.
[16]
Hehre, W., Radom, L., Schleyer, P.V.R., Pople, J.A. (1986) Ab Initio Molecular Orbital Theory. New York: J. Wiley
[17]
Schmidt, M.W., Baldridge, K.K., Boatz, J.A., Elbert, S.T., Gordon, M.S., Jensen, J.H., Koseki, S., (...), Montgomery, J.A. General atomic and molecular electronic structure system (1993) J. Comput. Chem, 14, pp. 1347-1363.
[18]
Morokuma, K., Kitaura, K. (1981) Energy Decomposition Analysis Chemical Applications of Atomic and Molecular Electrostatic Potentials, pp. 215-242. Eds P. Politzer, D. G. Truhlar. New York: Plenum press
[19]
Gordon, M.S., Jensen, J.U. Wavefunctions and chemical bonding: Interpretation (1998) Encyclopedia of Computational Chemistry, pp. 3198-3214. New York: J. Wiley
[20]
Chalasinski, G., Szczesniak, M.M. On the connection between the supermolecular Moller-Plesset treatment of the interaction energy and the perturbation theory of intermolecular forces (1988) Mol. Phys, 63, pp. 205-224.
[21]
Langlei, J., Claverie, P., Caron, F., Boeuve, J.C. Interactions between nucleic acid bases in hydrogen bonded and stacked configurations: The role of the molecular charge distribution (1981) Int. J. Quant. Chem, 20, pp. 299-338.
[22]
Sponer, J., Leszczynski, J., Hobza, P. Structures and energies of hydrogen-bonded DNA base pairs. A nonempirical study with inclusion of electron correlation (1996) Journal of Physical Chemistry, 100 (5), pp. 1965-1974.
[23]
Shishkin, O.V., Elstner, M., Frauenheim, T., Suhai, S. Structure of stacked dimers of N-methylated Watson-Crick adenine-thymine base pairs (2003) International Journal of Molecular Sciences, 4 (10), pp. 537-547.
[24]
Gould, I.R., Kollman, P.A. Theoretical investigation of the hydrogen bond strengths in guanine-cytosine and adenine-thymine base pairs (1994) Journal of the American Chemical Society, 116 (6), pp. 2493-2499.
[25]
Sponer, J., Mokdad, A., ?poner, J.E., ?pa?kov?, N., Leszczynski, J., Leontis, N.B. Unique tertiary and neighbor interactions determine conservation patterns of cis Watson-Crick A/G base-pairs (2003) Journal of Molecular Biology, 330 (5), pp. 967-978.
[26]
El Hassan, M.A., Calladine, C.R. Propeller-twisting of base-pairs and the conformational mobility of dinucleotide steps in DNA (1996) Journal of Molecular Biology, 259 (1), pp. 95-103.
