Біофізичний вісник (Jul 2020)
Гипотеза Уотсона-Крика о редкой таутомерной мутации и реальность
Abstract
Актуальность. В своей основополагающей работе в Nature (Nature. 1953;171:737), Уотсон и Крик отметили, что структура ДНК допускает т.н. таутомерную модель спонтанных точечных мутаций. Настоящая работа, доложенная на конференции «Нанобиофизика-2019» (Киев) как пленарный доклад, есть, по сути, попытка ответить на такие вопросы: (і) «Да, таутомеризм оснований является вполне привлекательной моделью, но насколько она важна в мутагенезе?», вопрос поставленный Морганом (Morgan AR. Trends Biochem. Sci. 1993;18:160–163); (іі) Какую реальность описывает модель редкой таутомерной мутации? В настоящей работе в качестве структуры выбрана уотсон-криковская пара [А×Т]WC. Развивая предложенную ранее модель образования мутаций в паре [А×Т]WC вследствие сдвига оснований в паре относительно друг друга и переключения внутри-парных водородных связей (Kryachko ES, Sabin JR. Int. J. Quantum Chem. 2003;91:695–710), показано, что некоторые результирующие мутации обладают достаточно высоким (в ~1,7 раз) сродством к электрону по сравнению с канонической парой, что, несомненно, представляет интерес в свете многочисленных явлений, связанных с переносом заряда и присоединением электрона к ДНК. Цель работы — ответить на вопросы, поднятые в Актуальности, и показать реалистичность таутомерной модели мутации, модифицированной в настоящей работе на примере уотсон-криковской пары [А×Т]WC и названной моделью парной таутомерии. Материалы и методы. Основной метод — компьютерное моделирование, основанное на методе функционала плотности. Все расчеты были проведены с использованием пакета программ GAUSSIAN методом функционала плотности Бекке-Ли-Янга-Парра (Becke-Lee-Yang-Parr), B3LYP. Результаты. В работе показано существование и стабильность парной таутомерной мутации в паре аденин–тимин и исследовано, к каким неоднозначным (wobble) парам она может приводить. Также показано, что в силу специфики строения парной таутомерной мутации пары аденин–тимин, мутация обладает бóльшим электронным сродством по сравнению с породившей ее парой и тем самым может быть наблюдаема в реальности, и посредством ее можно объяснить ряд явлений переноса заряда в ДНК, что, опять же, подчеркивает ее реальность. Выводы. С одной стороны, предложено обобщение таутомерной гипотезы Уотсона-Крика, получившее в данной работе, конкретно для пары аденин-тимин, название парной таутомерной мутации. Данная мутация относится к дипольно-связывающим-электрон системам, что подразумевает их высокое адиабатическое сродство к электрону. Последнее, с другой стороны, подчеркивает реалистичность предложенной мутационной модели и ее возможное применение к объяснению явлений переноса заряда в ДНК и процессов присоединения электрона к ДНК.
Keywords
