Як довгi неправильнi пуриново-пуриновi пари основ днк набувають ензиматично-компетентної конформацiї? Структурний механiзм тайогоквантово-механiчнеобґрунтування
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe60.08.0748Ключові слова:
DNA biosynthesis, spontaneous transversion, large-amplitude rearrangement, conformational transition, Watson–Crick-like mispair, purine-purine DNA mismatch, MP2 and B3LYP, QTAIMАнотація
Прагнучи дати вiдповiдь на бiофiзично важливе запитання, винесене у заголовок статтi, ми вперше дослiдили на квантово-механiчному рiвнi теорiї MP2/aug-cc-pVDZ//B3LYP/6–311++G(d,p) структурно-енергетичнi та динамiчнi особливостi набуття неправильними парами основ ДНК А*·А(WC), G·A(WC), A*·G*(WC) i G*·G(WC) – активними гравцями на полi спонтанного точкового мутагенезу – ензиматично-компетентної конформацiї. Вперше показано, що характерний час цих недисоцiативних переходiв A*·A(WC)↔A*·Asyn(TF), G·A(WC)↔G·Asyn, A*·G*(WC)↔A*·G*syn та G·G*(WC)↔G·G*syn значно менший перiоду часу, який витрачає високоточна ДНК-полiмераза на iнкорпорацiю одного нуклеотиду у подвiйну спiраль ДНК, що синтезується.
Посилання
J.D. Watson and F.H.C. Crick, Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 18, 123 (1953).
http://dx.doi.org/10.1101/SQB.1953.018.01.020
E.B. Freese, Brookhaven Symp. Biol. 12, 63 (1959).
M.D. Topal and J.R. Fresco, Nature 263, 285 (1976).
http://dx.doi.org/10.1038/263285a0
R.C. von Borstel, Mutat. Res. 307, 131 (1994).
http://dx.doi.org/10.1016/0027-5107(94)90285-2
E.C. Friedberg, G.C. Walker, W. Siede, R.D. Wood, R.A. Schultz, and T. Ellenberger, DNA Repair and Mutagenesis (ASM Press, Washington, D.C., 2006).
O.S. Kochina, Ye.P. Yurenko, and D.M. Hovorun, Biopol. Cell 23, 167 (2007).
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Ukr. Biochem. J. 82, 55 (2010).
O.O. Brovarets', I.M. Kolomiets', and D.M. Hovorun, Quantum Chemistry – Molecules for Innovations, edited by T. Tada (In Tech, 2012), p. 59.
G. Rossetti, P.D. Dans, I. Gomez-Pinto, I. Ivani, G. Gonzalez, and M. Orozco, Nucleic Acids Res. 43, 4309 (2015).
http://dx.doi.org/10.1093/nar/gkv254
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 32, 127 (2014).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2012.755795
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 32, 1474 (2014).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2013.822829
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 3715 (2014).
http://dx.doi.org/10.1039/c3cp54708f
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 9074 (2014).
http://dx.doi.org/10.1039/c4cp00488d
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Mol. Phys. 112, 3033 (2014).
http://dx.doi.org/10.1080/00268976.2014.927079
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Biopol. Cell 27, 221 (2011).
A. Furmanchuk, O. Isayev, L. Gorb, O.V. Shishkin, D.M. Hovorun, and J. Leszczynski, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 4311 (2011).
http://dx.doi.org/10.1039/c0cp02177f
S.P. Samijlenko, Y.P. Yurenko, A.V. Stepanyugin, and D.M. Hovorun, J. Phys. Chem. B 114, 1454 (2012).
http://dx.doi.org/10.1021/jp909099a
R.O. Zhurakivsky and D.M. Hovorun, in Physical Principles of Molecular Organization and Dynamics of Structural Biopolymers, edited by Yu.P. Blagoi et al. (Karazin National Univ. of Kharkiv, Kharkiv, 2012), p. 71.
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, J. Mol. Model. 19, 4223 (2013).
http://dx.doi.org/10.1007/s00894-013-1880-2
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D. M. Hovorun, J. Comput. Chem. 35, 451 (2014).
http://dx.doi.org/10.1002/jcc.23515
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 15886 (2014).
Y.P. Yurenko, R.O. Zhurakivsky, S.P. Samijlenko, and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 29, 5 (2011).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2011.10507374
S. Kirmizialtin, V. Nguyen, K.A. Johnson, and R. Elber, Structure 20, 618 (2012).
http://dx.doi.org/10.1016/j.str.2012.02.018
M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel et al., GAUSSIAN 09 (Revision B.01) (Gaussian Inc., Wallingford, 2010)
R.G. Parr and W. Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules (Oxford Univ. Press, Oxford, 1989).
C. Lee, W. Yang, and R.G. Parr, Phys. Rev. B 37, 785 (1988).
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.37.785
K.B. Wiberg, J. Comput. Chem. 25, 1342 (2004).
http://dx.doi.org/10.1002/jcc.20058
C.F. Matta, J. Comput. Chem. 31, 1297 (2010).
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, Chem. Phys. Lett. 578, 126 (2013).
http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2013.05.067
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Biopol. Cell 26, 72 (2010).
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Biopol. Cell 26, 295 (2010).
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, Biopol. Cell 26, 398 (2010).
C. Peng, P.Y. Ayala, H.B. Schlegel, and M.J. Frisch, J. Comput. Chem. 17, 49 (1996).
http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(19960115)17:1<49::AID-JCC5>3.0.CO;2-0
M.J. Frisch, M. Head-Gordon, and J.A. Pople, Chem. Phys. Lett. 166, 281 (1990).
http://dx.doi.org/10.1016/0009-2614(90)80030-H
P.C. Hariharan and J.A. Pople, Theor. Chem. Acc. 28, 213 (1973).
http://dx.doi.org/10.1007/BF00533485
R. Krishnan, J.S. Binkley, R. Seeger, and J.A. Pople, J. Chem. Phys. 72, 650 (1980).
http://dx.doi.org/10.1063/1.438955
R.A. Kendall, T.H. Dunning, Jr, and R.J. Harrison, J. Chem. Phys. 96, 6796 (1992).
http://dx.doi.org/10.1063/1.462569
H.P. Hratchian and H.B. Schlegel, in Theory and Applications of Computational Chemistry: The First 40 Years, edited by C.E. Dykstra, G. Frenking, K.S. Kim, and G. Scuseria (Elsevier, Amsterdam, 2005), p. 195.
http://dx.doi.org/10.1016/B978-044451719-7/50053-6
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 33, 674 (2015).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2014.897259
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, J. Mol. Model. 19, 4119 (2013).
http://dx.doi.org/10.1007/s00894-012-1720-9
S.F. Boys and F. Bernardi, Mol. Phys. 19, 553 (1970).
http://dx.doi.org/10.1080/00268977000101561
M. Gutowski, J.H. Van Lenthe, J. Verbeek, F.B. Van Duijneveldt, and G. Chalasinski, Chem. Phys. Lett. 124, 370 (1986).
http://dx.doi.org/10.1016/0009-2614(86)85036-9
J.A. Sordo, S. Chin, and T.L. Sordo, Theor. Chem. Acc. 74, 101 (1988).
http://dx.doi.org/10.1007/BF00528320
J.A. Sordo, J. Mol. Struct. 537, 245 (2001).
http://dx.doi.org/10.1016/S0166-1280(00)00681-3
P.W. Atkins, Physical Chemistry (Oxford Univ. Press, Oxford, 1998).
E. Wigner, Zeit. Physik. Chemie B 19, 203 (1932).
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, Mol. Phys. 112, 2005 (2014).
http://dx.doi.org/10.1080/00268976.2013.877170
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 33, 28 (2015).
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 33, 925 (2015).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2014.924879
R.F.W. Bader, Atoms in Molecules: A Quantum Theory (Oxford Univ. Press, Oxford, 1990).
C.F. Matta, J. Comput. Chem. 35, 1165 (2014).
http://dx.doi.org/10.1002/jcc.23608
C. Lecomte, E. Espinosa, and C.F. Matta, IUCrJ 2, 161 (2015).
http://dx.doi.org/10.1107/S2052252515002067
C.F. Matta, L. Huang, and L. Masaa, J. Phys. Chem. A 115, 12451 (2011).
http://dx.doi.org/10.1021/jp203973d
T.A. Keith, AIMAll (Version 10.07.01) (2010), available at: aim.tkgristmill.com.
O.O. Brovarets', Y.P. Yurenko, and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 32, 993 (2015).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2013.799439
O.O. Brovarets', Y.P. Yurenko, and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 33, 1624 (2014).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2014.968623
C.F. Matta, N. Castillo, and R.J. Boyd, J. Phys. Chem. B 110, 563 (2006).
http://dx.doi.org/10.1021/jp054986g
E. Espinosa, E. Molins, and C. Lecomte, Chem. Phys. Lett. 285, 170 (1998).
http://dx.doi.org/10.1016/S0009-2614(98)00036-0
I. Mata, I. Alkorta, E. Espinosa, and E. Molins, Chem. Phys. Lett. 507, 185 (2011).
http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2011.03.055
A.V. Iogansen, Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 55, 1585 (1999).
http://dx.doi.org/10.1016/S1386-1425(98)00348-5
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Ukr. Biochem. J. 82, 55 (2010).
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Ukr. Biochem. J. 82, 51 (2010).
W. Saenger, Principles of Nucleic Acid Structure (Springer, New York, 1984).
http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4612-5190-3
D.N. Govorun, V.D. Danchuk, Ya.R. Mishchuk, I.V. Kondratyuk, N.F. Radomsky, and N.V. Zheltovsky, J. Mol. Struct. 267, 99 (1992).
http://dx.doi.org/10.1016/0022-2860(92)87016-O
T.Y. Nikolaienko, L.A. Bulavin, and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. 29, 563 (2011).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2011.10507406
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 20091 (2013).
http://dx.doi.org/10.1039/c3cp52644e
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, J. Comput. Chem. 34, 2577 (2013).
http://dx.doi.org/10.1002/jcc.23412
O.O. Brovarets', R.O. Zhurakivsky, and D.M. Hovorun, Chem. Phys. Lett. 592, 247 (2014).
http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2013.12.034
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 15103 (2015).
http://dx.doi.org/10.1039/C5CP01568E
O.O. Brovarets' and D.M. Hovorun, J. Biomol. Struct. & Dynam. (2015).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
