Электронные представления в теории точенных мутаций - Данилов В.И.
Скачать (прямая ссылка):
где ДЕ — разность энергий редкой и обычной таутомерных форм.
Может показаться, что формула (12) носит неопределенный характер, так как величина ДЕ изменяется при уве-
23
личении расстояний между основаниями в процессе репликации. Однако, как показывают расчеты [50aj, вероятность туннелирования настолько быстро уменьшается при разведении оснований, что уже при незначительном отклонении от равновесного расстояния туннелирование становит-
Рис. 13. Энергетические профили, характеризующие движение в паре А—Т: А — протона 26 связи
N—Н---0, В —протона 23 связи N... Н—N, Е — протонов 26 и 23.
ся невозможным. Поэтому вероятность мутаций, связанных с туннельным механизмом, должна вычисляться лишь при равновесном расстоянии между основаниями в ДНК, и ДЕ в выражении (12) должна соответствовать этому расстоянию. Заметим, что при разведении оснований время
Таблнца4
Характеристики таутомеров уотсон-криковских пар оснований в основном состоянии
Пара Тау- Расстояние от Элект Энергия нуле Общая Относительная
то- пуринового ронная вого колеба энер заселенность
мер основания, А энер тельного гия, при
гия, уровня, эв эв Г=310°К
Верх Сред Верх Сред
ний ний ний ний
протон протон протон протон
г-ц I 1,94 1,06 0,00 0,22 0,29 0,51 1
II 1,05 1,06 0,56 0,27 0,21 1,04 2,3 ¦ 10~9
III 1,91 1,86 1,68 0,26 0,13 2,07 4,3-10-26
IV 1,03 1,86 0,65 0,23 0,19 1,07 7,6- I О-10
А-Т I 2,05 1,19 0,70 0,31 0,15 1,16 7,9 - 10-12
III 2,04 1,70 1,06 0,30 0,12 1,48 4,0- Ю-17
IV 1,11 1,78 0,00 0,28 0,19 0,47 1
24
Характеристики процессов туннелирования протонов водородных связей пары
ss
?
Ч
О
оЬ&Ьсэ
СО Ю •--- СО СО
СО СО -г СО* сч
¦ае о о о о о
СО CN ^
СО* СО 'Ф ---Г <м'
ц"' го
booSo
СО СО ---Г ---Г <N
о о о о о
05 СО (N СЧ
CN 1-Г 1---Г -Г со"
V ¦Ч* ¦«з* ч* ¦ч*
5» О О ООО
СО СО 05 О
---Г о о" ---Г -Г
чр Ч* 2
О О О О о
qtq<N«
ад * 7 1
оо оо о
00 Ю <N О СО
csf ю ~ ~ oi
Процесс нч EU 1> ?>1>
НИнмн
И И и
<---I НН
Путь CffluQ ш
ч
а
к
Я
Я
4
01
Ш
d
х
ш
га
г
V
5 S о.
Е
туннелирования резко возрастает, и равновесие между тау-томерами вообще не успевает устанавливаться, в силу чего формула (12) теряет смысл.
Значения К показывают (см. табл. 4), что в состоянии теплового равновесия концентрация таутомеров III обеих пар пренебрежимо мала, а концентрации таутомеров II и IV пары Г — Ц одного порядка. Сравнение концентраций таутомеров с обоими сдвинутыми протонами показывает, что среди пар Г — Д таких таутомеров (II и IV) на два порядка больше, чем среди пар А — Т (I).
Для различных процессов в паре Г — Ц были вычислены [49] вероятность туннелирования (g), частота падений протона на барьер слева (v;) и справа (v,), скорость туннелирования слева направо (с/ = gv;) и справа налево (cr = gv,), частота туннелирования протона с нижайшего туннелирующего уровня слева направо (kt) и справа налево (kr) (табл. 5).
На основании анализа потенциальных кривых можно определить время туннелирования т, которое характеризует эволюцию во времени t отклонения от равновесного распределения. Такие отклонения будут распадаться как exp ( — tlx). Вычисляя т = = (С/+Сл)-’ Для процессов Ml и I? IV, находим Тф, =
25
= 1,5- 10~5 сек, Тфу = 1,8 -10* сек. Так как полученные времена туннелирования значительно больше времени установления теплового равновесия в потенциальной яме, нижайший уровень, использованный для получения данных таблицы, к моменту туннелирования заселен в соответствии с больцмановским распределением, что и предполагалось при вычислении константы К.
Итак, видно, что Кх_и и /C,_1V пары Г — Д очень близки к экспериментально определенной частоте спонтанных мутаций1. Этот факт, по мнению Лёвдина, позволяет считать механизм мутаций, обусловленный туннелированием протонов в Н-связях ДНК, основным в спонтанном мутагенезе. Укажем, хотя сами авторы [49] этого не отмечают, что время туннелирования, рассчитанное для двойного перехода Тфу, больше времени репликации ДНК. Эго, по-видимому, делает невозможным участие данного перехода в туннельном механизме мутаций.
В работе Полларда и Лемке [52] была предпринята попытка использовать экспоненциальную зависимость вероятности туннелирования частицы от ее массы для экспериментальной проверки того, что процесс туннелирования протона является доминирующим при образовании мутантов. С этой целью они культивировали бактериальные клетки Escherichia coli В на питательной среде, растворенной в Н20 и D20, и инфицировали их фагами Т1 и Т2. После этого измерялась зависимость числа фаговых мутантов на клетку от времени (табл. 6).