Электронные представления в теории точенных мутаций - Данилов В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Значения ДЯ, найденные из рассчитанных энергетических характеристик оснований, приведены в табл. 1.
Т аблица 1
Изменение энтальпии (&И, эв) при таутомеризации основании в различных состояниях
Основании S. Катион Анион S,
А 1,48 (2,12) 0,96 0,75 0,46
Ц 0,55 (1,15) 1,09 0,88 1,32
Г 0.1S (---0,57) 0,63 0,69 0,86
Т 0,34 (0,51) ---0,07 0,15 ---0,40
У 0,33 (0,45) ---0,42 0,03 -0,52
Результаты расчетов показывают, что в состоянии 50 таутомерное равновесие сильно сдвинуто в сторону образования аминных и лактамных форм, что согласуется с экс-
11
периментом [18]. Из таблицы видно, что Ц более, чем А, склонен переходить в иминную форму. Это приводит к тому, что при ошибках репликации более вероятными будут транзиции Г — Ц -> А — Т (рис. 3, г), а при ошибках включения —А —Т -> Г—Ц (рис. 3,5). В случае лактам-лактимной таутомерии Г более склонен переходить в лактимную форму, чем Т (У), и поэтому при ошибках репликации более вероятными являются транзиции Г —Ц^-А— Т (рис. 3,б), а при ошибках включения —А — Т Г —Ц (рис. 3,е). В общем этот вывод подтверждает результаты Пюльманов [13, 17] и согласуется с данными расчетов редких пар оснований методом ОСП МО JIKAO, показавшими, что наиболее устойчивы пары, включающие Ц* или Г* [23]. Заметим (см. табл. 1), что результаты [22] согласуются с экспериментальными данными [19—21] по относительной легкости таутомеризации У и Ц.
Недавние расчеты энергий различных таутомеров в состоянии S0 [23а], проведенные методом ССП МО J1KAO, одновременно учитывающим все валентные электроны, подтверждают вывод [22] (результаты [23а] приведены в табл. 1 в скобках).
Данные, относящиеся к ионизированным и возбужденным состояниям оснований [22], будут обсуждены в гл. 3.
Однако проведенные расчеты нуклеотидных оснований не позволяют вычислить константы их таутомерных переходов, а следовательно, и вероятность спонтанных мутаций. Согласно имеющимся экспериментальным данным, константы равновесия пиримидиновых оснований [19—21] имеют значения 10"4—Ш-0- В свою очередь, изучение скоростей спонтанных мутаций у различных организмов [24, 25] приводит к вероятности спонтанного изменения пары оснований на репликацию, равной 10"8—10-11. В связи с этим Лёвдин считает [26, 27], что имеется серьезное противоречие между величиной констант таутомерных превращений и вероятностью спонтанных мутаций. Для его устранения он предложил новый механизм репликации ДНК, по которому после вращения одного из тяжей вокруг оси (или вращения каждого из них на 90° в противоположных направлениях) в зоне репликации и конденсации двух новых нуклеотидов образуется спираль с плоскостью репликации, содержащей четыре азотистых основания. В середине плоскости репликации имеется характеристический параллелограмм, включающий две амино- и две ке-тогруппы, рас-
12
положенные в противоположных углах. Схематически процесс репликации пары А — Т показан на рис. 4.
Такое двойное спаривание может предохранить ДНК от включения в нее одиночного нуклеотида в редкой форме. Для иллюстрации рассмотрим плоскость репликации па-
Рис. 4, Схема репликации нуклеотидной пары по Лёвдину (волнистая линия обозначает временную водородную связь): а — исходная пара нуклеотидов, б — репликативная форма, в — плоскость репликации после присоединения комплементарных нуклеотидов, г —конечные пары нуклеотидов.
ры А — Т с обоими основаниями в нормальной форме и плоскость репликации с одним из оснований в редкой форме, включенным по правилу комплементарности (рис. 5).
Из рисунка видно, что два протона или две неподелен-ные электронные пары препятствуют включению редкого таутомера. Это связано со значительной энергией отталкивания протонов, а также электронных пар. В то же время
н
С т N-H
/—(
N-H—;0 СН» * J
СН3 О!
й v. н
d
б
\
О
\ р
N—\ /—N /
( т N-H- -'.N А у-N
н н
¦N N-H—:о сн3
С'Нз 'Or-H-N М
I
н
н
•! n-н—:о‘ сн3
1?
включению правильного основания способствует образующаяся временная водородная связь (Н-связь).
Предложенный механизм репликации не препятствует одновременному включению двух оснований в редких формах, что также показано на рис. 5. Вероятность такого исхода равна произведению констант таутомерного равновесия
?.'¦.....H_N. 0:..............Н - N 0:---------------н — О
\ \ \ Чи \ й
ч \ "\ " н Й
N — Н-----:0 N-H-------:N ''n —Н---------- .0
Т — A T — А т г*
А ~Т А-Ц* д-т
0:-------н - О
N \
