Электронные представления в теории точенных мутаций - Данилов В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Совершенно иное положение наблюдается в состояниях S4 пары А — Т и S3 пары Г — Ц, также принадлежащих к первой полосе поглощения. Эти состояния почти полностью построены из конфигурации п -+ п + 1 с переносом заряда, что приводит к значительному переносу заряда от А к Т (» 0,83) и от Г к Д (да 0,73). В связи с этим в указанных состояниях потенциальные функции Н-связей сильно изменятся по сравнению с состоянием S0, что вызовет значительное увеличение константы равновесия. Однако участие этих состояний в индуцировании мутаций в принципе встречает те же возражения, что и рассмотренные в случае одноконфигурационного приближения.
Вывод об отсутствии переноса протона в возбужденных состояниях пар был сделан в работе [209] еще до его экспериментального подтверждения [208, 210].
Таким образом, имеющиеся теоретические и экспериментальные данные свидетельствуют, по крайней мере, о незначительном вкладе туннельного механизма мутаций в УФ-мутагенез.
68
Действие ионизирующей радиации
В 1927 году Мёллером впервые было показано, что рентгеновские лучи индуцируют мутации [211]. Поглощение излучений высокой энергии клетками вызывает разрывы и большие делеции хромосом, а в некоторых случаях — точечные мутации.
В настоящее время отсутствует удовлетворительная теория взаимодействия ионизирующих излучений (рентгеновские и 7-лучи, электроны, протоны, нейтроны, а-частицы и т. д.) с веществом даже для сравнительно простых неорганических систем. Очевидно, еще более сложным является описание процессов взаимодействия ионизирующей радиации с живыми клетками. Ясно, однако, что при построении теории биологического действия излучений необходим учет квантового характера взаимодействия излучения с клеткой, так как из-за дискретности энергетического спектра составляющих ее молекул она может поглощать энергию только квантами. Ионизирующие излучения приводят к ионизации и возбуждению молекул клетки; как ионы, так и возбужденные молекулы часто превращаются в свободные радикалы.
Роль возбуждения оснований и их пар уже рассматривалась нами при обсуждении механизмов УФ-мутагенеза. Относительно роли и механизма мутагенного действия свободных радикалов в индуцировании точечных мутаций в настоящее время имеется ограниченное число как экспериментальных, так и теоретических данных.
Известно, например, что при у-облучеиии водных растворов А и Ц в отсутствие кислорода наблюдается их дезаминирование [212—214]; это, очевидно, обусловлено действием свободных радикалов, образующихся при радиолизе воды. Мутагенное действие дезаминирования легко объяснимо (см. гл. 2, стр. 41). Облучение рентгеновскими или у-луча-ми пиримидиновых оснований в присутствии кислорода приводит к образованию гидроперекисей [2151. Экспериментальные данные [216] по скорости их распада дают следующую последовательность: гидроперекись Т < гидроперекись
У <С гидроперекись Ц. Тот факт, что гидроперекись Ц распадается значительно легче, чем гидроперекиси Т и У, следует также из проведенных квантовомеханических расчетов (см. гл. 3, стр. 53). Насыщение связи 5—6 при образовании гидроперекиси Ц смещает таутомерное равновесие в сторону
?-331
69
образования редкой формы по сравнению с Ц (см. гл. 2, стр. 37 или 115, 91}), что может увеличивать частоту мутаций.
Несколько лучше теоретически изучено влияние ионизации оснований и их пар на индукцию мутаций. В настоящее время с действием ионизирующего Излучения связывают механизм точечных мутаций, обусловленный таутомерией ионизированных оснований и их пар.
В работах 115, 161 простым методом МО ЛКАО были вычислены изменения л-электронных энергетических характеристик при таутомеризации положительных ионов. Результаты этих вычислений показывают, что таутомерное превращение Т и Г в ионизированной форме менее выгодно, чем в нейтральной: ионизированные основания Ц и А в отличие от нейтральных более склонны переходить в редкие таутомерные формы. Однако из более полного и точного рассмотрения вопроса 1221 следует, что ситуация такова: ионизированные А и Т (У) таутомеризуются легче, а Г и Ц труднее, чем нейтральные фюрмы соответствующих оснований (см. табл. 1).
Таким образом, если таутомерия ионизированных оснований способна индуцировать мутации, то частота транзиций А —Т -> Г — Ц может заметно возрасти по сравнению с частотой транзиций при спонтанном мутагенезе.
Влияние ионизации на таутомерные превращения в парах оснований посредством туннелирования протонов в Н-связях было исследовано в [50, 2171. Поверхности потенциальной энергии ионизированных пар, построенные в этих работах на основе метода ССП МО JIKAO для замкнутых оболочек, изображены на рис. 27 и 28. Характеристики различных таутомеров пары Г — Ц в ионизированных состояниях представлены в табл. 19.
Сравнение табл. 19 и 4 показывает, что равновесное распределение таутомеров пары Г — Ц в ионизированных состояниях значительно отличается от распределения в нейтральном состоянии. Прежде всего увеличивается концентрация таутомера III (см. обозначения на рис. 1 и 12), причем для анионной формы он имеет более низкую энергию, чем таутомер I, соответствующий уотсон-криковской паре. Последнее свидетельствует о том, что устойчивой формой аниона пары Г — Ц является таутомер III. Видно также, что равновесные концентрации таутомероз II и IVдля катиона и аниона меньше, чем для нейтральной пары оснований.
