Электронные представления в теории точенных мутаций - Данилов В.И.
Скачать (прямая ссылка):
В то же время, как следует из [1881, Ц менее устойчив по отношению к дегидратации, чем У. Это может быть одним из объяснений того, что лишь недавно удалось доказать присутствие гидратов Ц в облученной ДНК [1891. Квантовомеханические расчеты показали, что выигрыш в энергии делокализации при реакции дегидратации составляет для У (Т) = 13 ккал/моль, а для Ц—16 ккал/моль [190]. Это и означает, что гидрат Ц менее устойчив, чем гидрат У (Т).
Ряд авторов [184, 191, 192] считает гидратацию Ц с последующим его дезаминированием причиной возникновения транзиций Г — Ц -> А — Т.
Вычисленные в [156] заряд и энергия нуклеофильной локализации атома С4, по которому идет дезаминирование в гидратированном и чистом Ц, показывают, что экспериментально наблюдаемое увеличение тенденции к дезаминированию под действием УФ-света не может быть объяснено ни простым насыщением связи С6 — С6, ни возбуждением самого Ц.
Значительно более важным в облегчении дезаминирования Ц является повышение рК. диссоциирующей группы основания при образовании гидрата цитидиловой кислоты. В связи с этим авторами [156] был проведен расчет электронной структуры катионных форм Ц и его гидрата. В последнем заряд атома С4 сильно возрос, а энергия нуклеофильной локализации существенно уменьшилась по сравнению с нейтральной формой гидрата Ц; то же наблюдается и по отношению к протонированной форме Ц. Это крайне благоприятствует протеканию реакции дезаминирования.
Имеющиеся экспериментальные данные поддерживают этот механизм, показывая [185], что при облучении цитидиловой кислоты УФ-светом наибольший выход гидратированной формы уридиловой кислоты, полученной в результате дезаминирования гидратов цнтидиловой кислоты, наблюдается при pH 3, т. е. тогда, когда последняя практически нацело находится в протонированной форме. Таким образом, можно полагать, что дезаминирование гидрата Ц протекает через катнонную форму.
53
Другой механизм УФ-мутагенеза связывают с. таутомерией нуклеотидных оснований. Гидрат Ц или Ц в димере так же, как и обычная форма Ц, способен таутомеризовать-ся. Проведенные расчеты (см. табл. 7, гл. 2) показывают, что таутомерное равновесие гидратированного соединения сильно смещается в сторону образования иминоформы по сравнению с Ц. Это позволяет думать, что механизм мутаций, связанный с таутомерией, может быть существенным в УФ-мутагенезе. Кроме того, можно предположить, что дезаминирование Ц, по крайней мере частично, идет через протонированную иминоформу гидрата Ц. В любом из этих случаев кодирующие свойства Ц изменяются таким образом, что возникают транзиции Г — Ц -* А — Т.
Влияние возбуждения на легкость таутомерных переходов оснований было исследовано простым методом МО JIKAO в работе [193]. Результаты расчетов показали, что в нижайшем возбужденном состоянии все основания более склонны к таутомеризации, чем в состоянии S0. Это может привести к увеличению частоты мутаций.
Как указывалось (гл. 1), метод МО Л КАО недостаточен даже для ориентировочного описания возбужденных состояний. Вопрос о таутомерных превращениях в состоянии Sj был изучен более совершенным методом в {22] (см. табл. 1).
Данные таблицы указывают, что в Sx состоянии А и Т (У) легче, а Ц и Г труднее переходят в редкие формы, чем в состоянии S0. Видно также, что в случае амино-иминной таутомерии А более склонен к таутомеризации, чем Ц; лактам-лактимные превращения Т (У) более вероятны, чем Г. Таким образом, в состоянии положение противоположно тому, что имеется в S0. Поэтому при действии УФ-света ошибки репликации чаще всего приводят к транзи-циям А—Т->Г—Ц (рис. 3, а и б), а ошибки включения — к транзициям Г —Ц->А—Т (рис. 3, ж и з). Рассмотренный механизм объясняет возникновение мутаций, отнесенных к транзициям А — Т -» Г — Ц [177].
Образование гидрата У лежит в основе третьего механизма УФ-мутагенеза. Так, результатами исследований in vitro [186] и, по-видимому, in vivo [194] показано, что гидрат У может кодировать как Ц. Это может давать транзиции У-уЦ (А — У -* Г — Ц). Кроме того, как показано в [192], гидрат У, образующийся при обработке поли-У УФ-светом, может приводить к блокированию синтеза поли-А, т. е., в конечном счете, кделециям.
54
Наконец, еще один механизм может быть обусловлен по аышением скорости ферментативного или кислотного гидролиза гликозидной связи вследствие возможного увеличения положительного я-заряда атома азота этой связи при возбуждении [193]. Результаты расчетов методом ССП МО ЛКАО с учетом конфигурационного взаимодействия [92] показывают, что заметное увеличение заряда (яг0,2) имеет место только в Т (У). Возникающие в силу этого выпадения Т (У) из ДНК приводят к транзициям А — Т (У) - Г — Ц, трансверсиям и делениям. Последние могут возникать также из-за неспособности гидратированного Ц в катионной (или иминной) форме спариваться с основаниями, а также вследствие образования фотодимеров. Все эти возможности, по-видимому, объясняют неидентифицироваиные в эксперименте мутации.
Туннельный механизм УФ-мутагенеза
