Удивительная макромолекула днк: компьютерное моделирование ее пространственной структуры и многообразие уотсон-криковских конформаций дуплекса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается развитие представлений о пространственной структуре ДНК и механизмах ее формирования, начиная с открытия двойной спирали до наших дней. Прослеживаются пути и методы моделирования пространственной структуры на разных этапах исследования главной молекулы жизни. На основании результатов расчетов внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий субъединиц макромолекулы обсуждается удивительная целесообразность ее молекулярной структуры, ее приспособленность к выполнению важнейших биологических функций. Приводятся новые данные о существенном вкладе химически однородного конформационно лабильного сахаро-фосфатного остова в формирование пространственной структуры ДНК, зависящей от последовательности оснований. Многообразие конформационных возможностей ДНК проявляется в образовании как дуплексов (а также триплексов и квадруплексов) с разной геометрией пар оснований, так и дуплексов с уотсон-криковскими парами нуклеозидов, содержащих локальные конформации, соответствующие разным областям торсионных углов сахаро-фосфатного остова (разным конформационным классам). Эти классы, на основании наших расчетов, могут быть разделены на две группы. К первой группе относятся те локальные конформации, в которых торсионные углы близки к одному из минимумов энергии его изолированного минимального повторяющегося фрагмента, а ко второй - конформации, в которых один или несколько из этих углов отличаются от ближайшего минимума более, чем на 30°. Закономерности формирования локальной пространственной структуры этих двух групп существенно отличаются.

Об авторах

В. Полтев

Автономный Университет Пуэблы

Email: poltev@fcfm.buap.mx
Пуэбла, Мексика

В. Домингез

Автономный Университет Пуэблы

Пуэбла, Мексика

А. Руиз

Автономный Университет Пуэблы

Пуэбла, Мексика

А. Дерябина

Автономный Университет Пуэблы

Пуэбла, Мексика

Э. Гонзалез

Автономный Университет Пуэблы

Пуэбла, Мексика

Список литературы

  1. J. D. Watson and F. H. C. Crick, Nature, 171, 964 (1953).
  2. H. M. Berman, W. K. Olson, D. L. Beveridge, et al., Biophys. J., 63, 751 (1992).
  3. Б. И. Сухоруков, В. И. Полтев и Л. А. Блюменфельд, Докл. АН СССР, 149, 1380 (1963).
  4. A. G. W. Leslie, S. Arnott, R. Chandrasekaran, and R. L. Ratliff, J. Mol. Biol., 143, 49 (1980).
  5. V. Poltev, In Handbook of Computational Chemistry, Ed. by J. Leszczynski et al. (Springer Int. Publ., Switzerland, 2017), р. 21.
  6. H. DeVoe and I. Tinoco, J. Mol. Biol., 4, 500 (1962).
  7. D. F. Bradley, S. Lifson, and B. Honig, In Electronic Aspects of Biochemistry, Ed. by B. Pullman (Acad. Press Inc., New York, 1964), р. 77.
  8. H. A. Nash and D. F. Bradley, J. Chem. Phys., 45, 1380 (1964).
  9. J. Langlet, P. Claverie, F. Caron, and J. C. Boeuve, Int. J. Quant. Chem., 20, 299 (1981).
  10. N. Gresh, P. Claverie, and A. Pullman, Int. J. Quant. Chem., 29, 101 (1986).
  11. A. Pullman and B. Pullman, Adv. Quant. Chem., 4, 267 (1968).
  12. В. И. Полтев и Б. И. Сухоруков, Биофизика, 12, 763 (1967).
  13. F. A. Momany, R. McGuire, A. Burgess, and H. Scheraga, J. Phys. Chem., 79, 2361 (1975).
  14. В. Б. Журкин, В. И. Полтев и В. Л. Флорентьев, Молекуляр. биология, 14, 1116 (1980).
  15. V. I. Poltev, T. I. Grokhlina, and G. G. Malenkov, J. Biomol. Stuct. Dyn., 2, 413 (1984).
  16. V. E. Khutorsky and V. I. Poltev, Nature, 264, 483 (1976).
  17. В. И. Полтев и В. И. Брусков, Молекуляр. биология, 11, 661 (1977).
  18. V. P. Chuprina and V. I. Poltev, Nucl. Acids Res., 11, 5205 (1983).
  19. M. Topal and J. Fresco, Nature, 263, 285 (1976).
  20. В. Полтев, A. Дерябина, В. Домингес и др. Биофизика, 64, 243 (2019).
  21. D. A. Case, H. M. Aktulga, K. Belfon, et al., AMBER 2021 (University of California, San Francisco, 2021).
  22. K. Vanommeslaeghe and A. D. MacKerell, Jr., Biochim. Biophys. Acta, 1850, 861 (2015).
  23. R. E. Dickerson and H. R. Drew, J. Mol. Biol., 149, 761 (1981).
  24. J. Černý, P. Božíková, J. Svoboda, and B. Schneider, Nucl. Acids Res., 48, 6367 (2020).
  25. I. Ivani, P. D. Dans, A. Noy, et al., Nat. Methods, 13, 55 (2016).
  26. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, et al., Gaussian-09 Revision D.01 (Gaussian Inc, Wallingford, CT, USA, 2009).
  27. V. I. Poltev, V. M. Anisimov, V. I. Danilov, et al., J. Biomol. Struct. Dyn., 25, 563 (2008).
  28. V. I. Poltev, V. M. Anisimov, V. I. Danilov, et al., Int. J. Quant. Chem., 110, 2548 (2010).
  29. V. I. Poltev, V. M. Anisimov, V. I. Danilov, et al., Comput. Theor. Chem., 975, 69 (2011).
  30. V. I. Poltev, V. M. Anisimov, V. I. Danilov, et al., Biopolymers, 101, 640 (2014).
  31. В. И. Полтев, В. М. Анисимов, К. Санчес и др., Биофизика, 61, 259 (2016).
  32. V. Poltev, V. M. Anisimov, V. Dominguez, et al., J. Mol. Model., 24, 46 (2018).
  33. V. Poltev, V. M. Anisimov, V. Dominguez, et al., In Proc. of Advances in Quantum Systems in Chemistry, Physics, and Biology, Ed. by L. Mammino et al. (Springer: Cham, Germany, 2020), р. 233.
  34. V. Poltev, V. M. Anisimov, V. Dominguez, et al., Computation, 9, 98 (2021).
  35. R. E. Dickerson, In Structure, Motion, Interaction and Expression of Biological Macromolecules, Ed. by R. H. Sarma and M. H. Sarma (Adenine Press, Albany, NY, 1998), р. 17.
  36. D. Schneider, P. Božíková, I. Nečasová, et al., Acta Crystallogr. D, 74, 52 (2018).
  37. D. Svozil, J. Kalina, M. Omelka, and B. Schneider, Nucl. Acids Res., 36, 3690 (2008).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023