Файл: южный федеральный университет.docx

Все расчеты проводились в программе «Gaussian 09», в двух тестируемых средах: вода и воздух, на базисе PCM/B3LYP/6-31++G**, 298 K

. Реакции гидролиза:



Рисунок 15 Гидролиз нуклеотида (аденин содержащий)



Рисунок 16 Гидролиз нуклеотида (гуанин содержащий)



Рисунок 17 Гидролиз нуклеотида (цитозин содержащий)



Рисунок 18 Гидролиз нуклеотида (тимин содержащий)

В ходе расчетов были установлены энергии гидролиза N – гликозидных связей.

• 
  Аденин ∆G = -10,1 ккал/моль
  
• 
  Гуанин ∆G = -11,1 ккал/моль
  
• 
  Цитозин∆G = -12,4 ккал/моль
  
• 
  Тимин ∆G = -17,3 ккал/моль
  

Расчеты проводились в двух тестируемых средах, вода и газ. Расчеты, проводимые в газовой фазе, не показали адекватных результатов, поэтому они не учитывались в анализе данных.

Итоги

• 
  В ряду связанных с сахарами азотистых оснований наиболее легко может гидролизоваться связи тимин-дезоксирибоза
  
• 
  Наиболее корректно метод B3LYP отражает процессы гидролиза ДНК при учете воды в качестве растворителя, с использованием модели поляризуемого континуума (PCM)
  

Дезаминирование аденина и цитозина

Заключающим этапом моего исследования стало изучение процесса дезаминирования азотистых оснований: аденина и цитозина. Изучение термодинамики и механизма данного процесса позволит более точно предсказывать изменения в структуре ДНК, а также позволит уменьшить ошибку в выстраивании комплиментарных пар азотистых оснований.




Цитозин

Урацил



Гипоксантин

Аденин

Рисунок 19 реакции дезаминирования цитозина и аденина


Для выполнения поставленной задачи нами был выполнен поиск сайта в структурах аденина и цитозина, который участвует в процессе дезаминирования. Было установлено, что в процессе участвует лишь малый фрагмент структуры азотистых оснований.

---

Рисунок 20 Активный центр, участвующий в процессе дезаминирования


Так как реальные модели достаточно сложны, было решено провести первые расчеты на упрощенной модели, т. е. на активном центре, участвующем в дезаминировании цитозина и аденина.

Данный процесс изучался в двух возможных условиях: с участием протонов среды и без их участия.

Также было установлено, что процесс идет под действием двух молекул воды, одна из молекул является катализатором данного процесса, а вторая атакующим реагентом.




Рисунок 21 димер воды

Рисунок 22 протонированный димер воды


Р
∆G = 10,0 ккал/моль
асчеты упрощенной модели дезаминирования проводились в программе «Gaussian 09»,в среде воды, на базисе PCM/B3LYP/6-31++G**, 298 K


∆G = 7,1 ккал/моль

Рисунок 23 Упрощенные модели процесса дезаминирования



∆G =19,3 ккал/моль

∆G = -12,1 ккал/моль


Расчеты упрощенной модели дезаминирования показали, что данный процесс способен протекать только с участием протона среды, а также с образованием комплекса NH₄H₂O⁺, так как только в этом случае энергия Гиббса принимает отрицательное значение.

После изучения процесса дезаминирования на упрощенной модели, были проведены расчеты азотистых оснований аденина и цитозина с участием протона среды и димера воды.

Р асчеты показали, что данный процесс является одностадийным, экзотермическим.

---

Цитозин

Урацил



Аденин

Гипоксантин

Рисунок 23 схема процесса дезаминирования аденина и цитозина


Также было выяснено, что процесс дезаминирования протекает через шестицентровое переходное состояние, представленное на рисунке 23.

Энергии Гиббса процесса дезаминирвоания для аденина и цитозина:

Цитозин ∆G = -16,1 ккал/моль

Аденин ∆G = - 14,4 ккал/моль

Итоги

• 
  Механизм дезаминирования с наибольшей вероятностью должен протекать в протон-содержащей среде, с образованием комплекса между аммиаком и катионом гидроксония
  
• 
  Процесс дезаминирования являются одностадийным, энергетически выгодным. Интермедиаты в данном процессе не образуются.
  

Выводы

• 
  В цепях нуклеиновых кислот при старении ДНК наиболее подвержены деструкции участки, содержащие гуанин.
  
• 
  При деструкции цепей ДНК во время старения самым слабым звеном являются участки Г-Г и Г-Ц, причем фосфатная группа, связанная с 3 атомом углерода.
  
• 
  В ряду связанных с сахарами азотистых оснований наиболее легко может гидролизоваться связи тимин-дезоксирибоза.
  
• 
  Механизм дезаминирования с наибольшей вероятностью должен протекать постадийно в протон-содержащей среде. Процесс является одностадийным и термодинамически выгодным в кислых средах.
  

---