Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК

Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК

На основе атом-атомных потенциальных функций проведено численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований в модели тринуклеотида В-формы молекулы ДНК. При помощи расчетов методом молекулярной динамики и изучения топологии поверхности потенциальной энергии, соответствующей...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:1994
Автор: Егоренков, А.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1994
Назва видання:Биополимеры и клетка
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155061
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК / А.И. Егоренков // Биополимеры и клетка. — 1994. — Т. 10, № 2. — С. 79-85. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-155061
record_format dspace
spelling irk-123456789-1550612019-06-17T01:30:44Z Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК Егоренков, А.И. На основе атом-атомных потенциальных функций проведено численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований в модели тринуклеотида В-формы молекулы ДНК. При помощи расчетов методом молекулярной динамики и изучения топологии поверхности потенциальной энергии, соответствующей анализируе­мому типу конформационной подвижности, исследована степень скоррелированности не­которых типов движений азотистых оснований раскрывающейся пары молекулы ДНК и показана зависимость путей раскрытия центральной пары от нуклеотидного состава фрагмента ДНК. На основі атом-атомних потенціальних функцій здійснено чисельне моделювання динаміки локального розкриття пар азотистих основ у моделі тринуклеотида В-форми мо­лекули ДНК. За допомогою розрахунків методом молекулярної динаміки та вивчення топологи поверхні потенидальної енергії, що відповідає досліджуваному типові конформаційної рухливості, проаналізовано ступені скорельованості деяких типів руxiв азотистих основ пари, що розкривається, молекули ДНК i показано залежність шляхів розкриття центральної пари віднуклеотидного складу фрагмента ДНК. The method of atom-atomic potentials has permitted to realize the numerical simulation of local base pairs opening in a trinucleotide model of B-form DNA molecule. Having used molecular dynamics calculation and also data concerning potential energy surfase topology adequate to a type of conformation flexibility studied here, the author has determined correlation degree for some types of DNA bases movements in any opening DNA bases pair and has shown the dependence of opening processes in a central nucleotide pair on nucleotide content of DNA duplex being studied. 1994 Article Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК / А.И. Егоренков // Биополимеры и клетка. — 1994. — Т. 10, № 2. — С. 79-85. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0003A9 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155061 547.963.3 + 577.323 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description На основе атом-атомных потенциальных функций проведено численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований в модели тринуклеотида В-формы молекулы ДНК. При помощи расчетов методом молекулярной динамики и изучения топологии поверхности потенциальной энергии, соответствующей анализируе­мому типу конформационной подвижности, исследована степень скоррелированности не­которых типов движений азотистых оснований раскрывающейся пары молекулы ДНК и показана зависимость путей раскрытия центральной пары от нуклеотидного состава фрагмента ДНК.
format Article
author Егоренков, А.И.
spellingShingle Егоренков, А.И.
Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК
Биополимеры и клетка
author_facet Егоренков, А.И.
author_sort Егоренков, А.И.
title Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК
title_short Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК
title_full Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК
title_fullStr Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК
title_full_unstemmed Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК
title_sort численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы днк
publisher Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate 1994
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155061
citation_txt Численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований молекулы ДНК / А.И. Егоренков // Биополимеры и клетка. — 1994. — Т. 10, № 2. — С. 79-85. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series Биополимеры и клетка
work_keys_str_mv AT egorenkovai čislennoemodelirovaniedinamikilokalʹnogoraskrytiâparazotistyhosnovanijmolekulydnk
first_indexed 2025-07-14T07:10:36Z
last_indexed 2025-07-14T07:10:36Z
_version_ 1837605361119395840
fulltext УДК 547.963.3 + 577.323 А. И. Егоренков ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЛОКАЛЬНОГО РАСКРЫТИЯ ПАР АЗОТИСТЫХ ОСНОВАНИЙ МОЛЕКУЛЫ ДНК На основе атом-атомных потенциальных функций проведено численное моделирование динамики локального раскрытия пар азотистых оснований в модели тринуклеотида В-формы молекулы ДНК. При помощи расчетов методом молекулярной динамики и изучения топологии поверхности потенциальной энергии, соответствующей анализируе­ мому типу конформационной подвижности, исследована степень скоррелированности не­ которых типов движений азотистых оснований раскрывающейся пары молекулы ДНК и показана зависимость путей раскрытия центральной пары от нуклеотидного состава фрагмента ДНК. Введение. Физико-химические механизмы функционирования молекулы ДНК, как известно, связаны с динамикой ее двойной спирали. В про­ цессах рекомбинации, репликации, транскрипции проявляются различ­ ные типы конформационной подвижности ДНК: от движения отдель­ ных групп атомов до смещения больших участков молекулы [1, 2 | . Раз­ работана концепция изучения структурной динамики ДНК, которая позволяет описать конформационные возбуждения в Д Н К [3]. В по­ следнее время много внимания уделяется исследованию конформаци­ онной подвижности, связанной с локальным раскрытием пар азотистых оснований [4—9]. В связи с тем, что такая подвижность может играть значительную роль в процессах белок-нуклеинового узнавания [10], проблеме изучения этого типа подвижности, в том числе и теоретически­ ми методами, остается актуальной. Локальное раскрытие пар азотистых оснований представляет собой сложное движение, включающее большое число степеней свободы. Од­ нако не все эти степени свободы одинаково важны для локального рас­ крытия, и в приближенной модели можно ограничиться доминирующи­ ми степенями свободы. В данной работе сделана попытка отбора наи­ более существенных для раскрытия пар степеней свободы. Результаты такого отбора имеют значение для разработки теоретических моделей, позволяющих интерпретировать экспериментальные данные и адекват­ но описывать динамику раскрытия нуклеотидных пар. Модель и методика расчетов. При выборе степеней свободы для азотистых оснований в настоящей работе использовали подход «жест­ кого сегмента» («segmented rigid body»). В данном подходе азотистые основания представляются жесткими сегментами с фиксированными ва­ лентными углами и длинами связей. Подобное представление оправдан­ но, так как амплитуда и характерные времена колебаний атомов со­ ставляют десятые доли ангстрема и / = Ю ~ 1 2 с, что на несколько по­ рядков меньше аналогичных характеристик движения азотистого осно­ вания как целого относительно двойной спирали ДНК. На порядок от­ личаются и энергии возбуждения малоамплитудных колебаний атомов азотистого основания (£ = 0,6 ккал/моль) и раскрытия отдельной пары (£ a t = 5,6 ккал/моль; £ g c = 1 9 , 2 ккал/моль). Локальное раскрытие пары азотистых оснований сопровождается экспонированием донорно-акцеп- торных центров в большую или малую бороздки Д Н К вследствие «раз­ рыва» водородных связей между комплементарными основаниями пары. © А. И. Егоренков, 1994 ISSN OL'.;.: 7057. БИОПОЛИМЕРЫ II КЛЕТКА. 1994. Т. 10. JV° 2 7Q Поэтому выбираются такие степени свободы азотистых оснований, ко­ торые могут осуществить «разрыв» водородных связей и экспонировать донорные и акцепторные группы в бороздки ДНК. Локальное раскры­ тие пары представляет собой движение с большой амплитудой, что поз­ воляет связывать это движение с поворотами и сдвигами каждого из оснований пары относительно сахаро-фосфатной цепи. Однако из-за внутримолекулярных взаимодействий раскрытие пары может Оыть сте- рически затруднено. Следовательно, необходимо учесть другие виды движений азотистых оснований в паре, которые бы ослабляли эти сте- рические ограничения. В работе [11J были выделены семь возможных типов движений для азотистых оснований: propeller twisting, base-pair rolling, glycosyl bond rotation, buckling, base-pair tilting, nencal tur­ ning, Dase-pair sliding. Именно из них выбираются движения, спосоОст- вующие «разрыву» водородных связей и не создающие сильных стери- ческих ограничений: изменение угла «пропеллера» между плоскостями оснований (propeller twisting), поперечное смещение каждого основа­ ния пары вдоль оси «пропеллера» (sliding). Стерические ограничения, возникающие при локальном раскрытии пар азотистых основании, свя­ заны с взаимодействиями как внутри пары, так и между основаниями раскрывающейся пары и основаниями соседних пар, а также с сахаро- фосфатным остовом. Для изучения влияния на раскрытие пары основа­ ний взаимодействия с соседними парами основании и сахаро-фоссратным остовом в данной работе сравниваются случаи раскрытия своиоднои па­ ры Ade-Thy, Gua-Cyt (без «внешнего поля») и случай раскрытия сред­ ней пары в тринуклеотидах В-формы ДНК (с учетом «внешнего ноля»). При этом имеется возможность проследить вклад в топологию поверх­ ности потенциальной энергии (ППЭ) системы каждой пары взаимодей­ ствующих атомов двух раскрывающихся оснований с учетом -imia взаи­ модействия. В работе рассмотрены крайние случаи, когда раскрытие пары связано с наибольшими стерическими ограничениями. Такие сте­ рические ограничения могут возникать при мгновенном возмущении азотистых оснований, когда сахаро-фосфатный остов и соседние пары не успевают сместиться со своих положений равновесия и остаются в невозмущенной В-форме ДНК. При этом не рассматриваются искаже­ ния валентных углов, неизбежно возникающие при таком возмущении. В анализируемой модели изучается движение азотистых оснований с «разорванной» в точке С Г атома гликозидной связью в поле фиксиро­ ванного сахаро-фосфатного остова и соседних пар В-формы ДпК. Ука­ занный случай дает возможность выявить те стерические ограничения, которые будут проявляться и в более сложных моделях раскрытия пар азотистых оснований. Рассмотрение этого случая оправдано возможно­ стью локального раскрытия отдельной пары [12] и большей подвиж­ ностью сахаро-фосфатного остова по сравнению с подвижностью пары азотистых оснований в ДНК [8]. В более реалистических моделях ола- годаря подвижности сахаро-фосфатного остова и соседних пар будут вовлекаться те степени свободы, которые позволяют ослабить стериче­ ские факторы, затрудняющие движение оснований при жестком осто­ ве и неподвижных соседних парах. Это будет соответствовать медлен­ ному движению оснований, при котором более гибкий остов успевает принять оптимальную для данного положения азотистых основании кон- формацию. Раскрытие пары оснований, вовлекающее в свое движение гибкий сахаро-фосфатный остов и соседние пары, происходит при мед­ ленном («адиабатическом») возмущении структуры ДНК белками или низкомолекулярными лигандами. Движение оснований при локальном раскрытии пары в случае мгновенного возмущения соответствует пико- секундному диапазону времени, а в случае «адиабатического» — нано- секундному. В обобщенной модели, предложенной в работе [3], конформацион- ная подвижность молекулы ДНК разделена на три типа движений: качание азотистых оснований совместно с сахарами относительно цепей остова; движение азотистых оснований при изменении геометрии сахар- ко ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1994. Т. 10. № 2 ного кольца и угла гликозидной связи; движение азотистого основания в составе нуклеотида как целого. Указанные типы движений могут вы­ зывать изменение геометрии (растяжение — сжатие) водородных связей между основаниями в паре. В этом случае также представляет интерес изучение раскрытия пар в рамках описанного в настоящей работе подхода. Каждое азотистое основание раскрывающейся пары в данной мо­ дели имеет три степени свободы. Одна степень свободы соответствует повороту азотистого основания вокруг оси, проходящей через конец гликозидной связи (атом С Г в случае равновесного Уотсон-Криковско- го положения оснований в паре) и перпендикулярной плоскости этого основания (углы ф'1,2). При локальном раскрытии меняется взаимное положение фуранозного кольца и азотистого основания вследствие псев­ довращения кольца и вращения оснований вокруг гликозидной связи. Предлагаемый выбор осей позволяет учесть изменения энергии нева­ лентных взаимодействий между атомами дезоксирибозы и азотистого основания и избежать стерических препятствий, вносимых соседними парами оснований. Вторая степень свободы азотистого основания соот­ ветствует повороту вокруг оси «пропеллера» пары оснований (углы фз/О- Эти углы задают направление осей вращения и определяют двугранный угол Рг между плоскостями оснований пары (Рг=ф3+ф4). Третья сте­ пень свободы азотистых оснований в раскрывающейся паре связана с раздвижением оснований вдоль оси «пропеллера» при ф1 = ф2 = 0 (sliding). Потенциальная энергия вычисляется на основе атом-атомных по­ тенциалов [13], включающих электростатическое (Vе), ван-дер-вааль- совое (Vvdw) взаимодействия и водородную связь (Vhb): V = £ (Vb + V°fw + Vfi); Vb = Qt • Qj/г • Ru; V4?° = -AtJ/I$, + Bu/$?,; V% = (-Du/Rl1 + CJRfi) • cos2 (aUK), где Qt — заряд t-го атома; Ra— расстояние между взаимодействующи­ ми атомами, ацк — внутренний угол треугольника, образованного доно­ ром протона (i), протоном (К) и акцептором протона (/) водородной связи с вершиной в точке г. Значения параметров Q2/, Ац, Вц, С\/, Du взяты из работы [14]. Множитель cos2(ai/*) в формуле введен для уче­ та искажения водородных связей при отклонении азотистых оснований от положения Уотсон-Криковского равновесия [15]. Для вычислений Ri/, он/к использовали равновесные координаты атомов нуклеотидов из работы [16]. Отметим, что показанный в работах [17—19] неплоский характер водородной связи между основаниями нуклеотидной пары мо-, жет внести свой вклад в потенциальную энергию при раскрытии пары за счет образования водородных связей между основаниями ближай­ ших вдоль цепи ДНК нуклеотидных пар. Так как образование подобных водородных связей возможно только при близких межатомных контак­ тах, возникающих в основном между атомами оснований раскрываю­ щейся нуклеотидной пары, то в данном приближении этот феномен можно не рассматривать. Растворитель учитывается неявно, за счет за­ дания диэлектрической проницаемости e = Rij. Метод. Поставленную в данной работе задачу решали двумя мето­ дами: 1) построение сечений энергетической поверхности молекулы ДНК и 2) молекулярно-динамическое моделирование с использовани­ ем атом-атомных потенциальных функций. Известно, что поверхность потенциальной энергии молекулярной системы содержит в себе полные сведения о возможных конформациях этой системы. Топологические осо­ бенности энергетической поверхности определяют не только равновес­ ные, но и неравновесные конформации, пути и особенности конформа- ционных переходов. Одним из простых и наглядных способов изучения ISSN 0233—7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1994. Т. 10. № 2 81 сложных многомерных энергетических поверхностей является метод се­ чений и построения карт изолиний потенциальной поверхности системы. Ранее автором разработан пакет компьютерных программ, позволяющий автоматизировать процесс графического изучения поверхности потенци­ альной энергии [20]. Полученные при помощи этого пакета динамиче­ ские «фильмы» изменения ППЭ, соответствующие локальному раскры­ тию оснований, могут быть представлены заинтересованным исследова­ телям в виде записанной на дискете программы. Этот метод, дополнен­ ный данными моделирования с использованием молекулярной динами­ ки, позволяет детально проанализировать влияние различных степеней свободы на динамику локального раскрытия пар. Метод молекулярной динамики является одним из наиболее ин­ формативных способов численной имитации молекулярных движений на ЭВМ [21]. В результате молекулярно-динамического моделирования генерируется набор состояний изучаемой системы в последовательные моменты времени — динамическая траектория системы в ее фазовом пространстве. Различные характеристики системы получают как сред­ ние по времени вдоль траектории. Практически метод молекулярной динамики сводится к численному решению уравнений классической ме­ ханики Ньютона для системы частиц с учетом взаимодействий между ними и заданными жесткими (химическими) связями. Для исследования характеристик применяют аппарат временных корреляционных функ­ ций. Поскольку АЕ/Е~ 10~3< 1 (АЕ—расстояние между вращатель­ ными уровнями энергии оснований; Е — энергия уровня), изучение дви­ жения азотистых оснований проводили при помощи ньютоновых урав­ нений движения: где суммирование проводили по значениям углов ц>к и ф/ вдоль опре­ деленной траектории. Полученные значения коэффициентов были ис­ пользованы для анализа взаимосвязи движений по1 различным степеням свободы. Подобный анализ может быть особенно полезным при увели­ чении числа степеней свободы системы. Результаты и обсуждение. Для того чтобы проследить роль разных взаимодействий и выбрать существенные для раскрытия пары основа­ ний степени свободы необходимо, во-первых, учесть вклад отдельных парных взаимодействий, во-вторых, исследовать разные случаи раскры­ тия (отдельная пара, пара в составе соседних пар и сахаро-фосфатного остова). При визуализации в виде динамических «фильмов» характер­ ная ППЭ для парных взаимодействий получается, если в процессе рас­ крытия межатомное расстояние меняется в пределах Rn^:R0 и 7?0^ ^.Rij<Rminy где Ro — расстояние между атомами t, /, при котором 1̂ 7 = 0; Rmin — расстояние, соответствующее Vmin. В противном случае парное взаимодействие любых атомов не влияет на общую топологию ППЭ и сказывается только на значении энергии. Поэтому при изучении вклада ван-дер-ваальсовых взаимодействий и водородной связи интерес 82 ISSN 0233—7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1994. Т. 10. № 2 где индекс / обозначает ось вращения; ср/ — угловое ускорение относи­ тельно оси /; // — соответствующий момент инерции; mi]— момент еди­ ничной силы взаимодействия i-го и /-го атомов; nl— орт 1-й. оси враще­ ния. Систему уравнений интегрировали численно на интервале до 2 пс. Динамические уравнения интегрировали при следующих начальных ус­ ловиях: кинетическая энергия величиной 10 ккал/моль сообщалась по «твистовым» степеням свободы одному из оснований раскрывающейся пары. По полученным решениям определяли кинетические характерис­ тики движения оснований. Кроме того, рассчитывали коэффициенты корреляции некоторых переменных: представляют только те атомы разных оснований, которые в процессе движения располагаются в указанных пределах. Это относится в пер­ вую очередь к ван-дер-ваальсовым взаимодействиям и водородной свя­ зи как близкодействующим. С учетом взаимодействий между всеми атомами оснований в паре были рассмотрены случаи, соответствующие движению азотистых осно­ ваний в свободной паре А-Т, G-C и движению оснований пары в сило­ вом поле соседних пар и сахаро-фосфатного остова. Результаты иссле­ дований показывают, что при малоамплитудных колебаниях около поло­ жения равновесия характер движения оснований обусловлен в основном особенностями взаимодействия оснований внутри пары и очень слабо зависит от последовательности оснований. Типичной особенностью про­ филя энергетической поверхности, отвечающей области равновесной кон­ фигурации пары, является ее анизотропия, которая и определяет дви­ жение оснований в парах А-Т, G-C в направлениях разных бороздок (движения в противофазе). Раскрытие пары является движением с большой амплитудой. В рамках полученных результатов можно сфор­ мировать некоторые представления о процессе локального раскрытия, который может происходить в два этапа: 1) разрыв водородных связей между комплементарными основаниями и устранение сильных стериче- ских ограничений, мешающих раскрытию; 2) движение азотистых осно­ ваний, приводящее к экспонированию донорских и акцепторных цент­ ров оснований в какую-либо из бороздок. Необходимый для раскрытия пары «разрыв» водородных связей осуществляется за счет локального раскручивания двойной спирали, определяемого и локальной подвижно­ стью ДНК, и гибкостью молекулы как целого. Раскручивание двойной спирали может реализоваться по разным причинам: под действием флуктуационной подвижности, при изменении степени суперспирализа- ции и т. д. После того, как водородные связи в паре разорваны и азо­ тистые основания удалены друг от друга, дальнейший процесс (2-й его этап) будет происходить под действием силового поля, создаваемого соседними парами и сахаро-фосфатным остовом двойной спирали. Это силовое поле будет определяться типами соседних пар, т. е. зависеть от нуклеотидной последовательности. И так как при локальном распле­ тании колебательные вращательные степени свободы азотистых основа­ ний раскрывающейся пары будут возбуждены, то азотистые основания приобретут некоторую энергию активации. В зависимости от степени возбуждения основания получают возможность преодолевать разной вы­ соты энергетические барьеры, обусловленные взаимодействием с сосед­ ними парами и остовом, и попадать в области конфигураций, соответ­ ствующих открытым состояниям. Можно предположить, что в каждой из бороздок ДНК возникнет строго индивидуальный порядок чередова­ ния донорных и акцепторных групп оснований раскрывшихся пар. Этот порядок будет зависеть от нуклеотидной последовательности данного участка ДНК и может влиять на белок-нуклеиновое взаимодействие. Таким образом, характер нуклеотидной последовательности задает возможную конфигурацию раскрывшихся пар. Данный вывод под­ тверждается результатами численного моделирования, приведенны­ ми в работе [6]. Методом молекулярной динамики показано, что «твистовые» дви­ жения комплементарных оснований происходят в противофазе. Включе­ ние «пропеллеровых» степеней свободы в стационарных внешних ус­ ловиях почти не влияет на «твистовые» движения оснований в паре вплоть до «разрыва» водородных связей между ними. В случае учета степеней свободы в парах, соседних с раскрываемой парой (нестацио­ нарное «внешнее» поле), возмущение, сообщаемое одному из оснований средней пары, передается в основном на «пропеллеровые» степени сво­ боды системы. Так что стэкинг-взаимодействие не передает раскрытие пары оснований по цепи. Рассмотренная в работе простая модель позволила сделать лишь качественные выводы о характере раскрытия пары. Тем не менее, по- ISSN 0233—7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1994. Т. 10. № 2 83 лученные выводы вряд ли изменятся при анализе более реалистичных моделей, учитывающих гибкость сахаро-фосфатного остова. Можно предположить, что усложнение модели за счет учета большого числа нуклеотидов и коллективных степеней свободы не должно существенно изменить топологию ППЭ, рассмотренную в данной работе, поскольку эта топология определяется в основном стерическими ограничениями движения оснований в паре. Автор благодарен Р. В. Полозову, Л. В. Якушевич (Институт био­ физики, г. Пущино) за полезные замечания при обсуждении данной работы. А. I. бгоренков ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМ1КИ ЛОКАЛЬНОГО РОЗКРИТТЯ ПАР АЗОТИСТИХ ОСНОВ МОЛЕКУЛ ДНК Р е з ю м е На ocuoBi атом-атомних потенщ'альних функщй здшснено чисельне моделювання дина- MiKH локального розкриття пар азотистих основ у модел1 тринуклеотида В-форми мо­ лекули ДНК. За допомогою розрахуншв методом молекулярноТ динамжи та вивчен- ня топологи noeepXHi потенидально!' енергп, що В1'дпов{дае досл{джуваному типов! конформацшноУ рухливосп, проанал!зовано cTyniHb скорельованосп деяких тип!в ру- xiB азотистих основ пари, що розкриваеться, молекули ДНК i показано залежшсть шлях1в розкриття центрально! пари B U нуклеотидного складу фрагмента ДНК. A. I. Yegorenkov NUMERICAL SIMULATION OF LOCAL BASE PAIRS OPENING IN DNA MOLECULE S u m m a r y The method of atom-atomic potentials has permitted to realize the numerical simulation of local base pairs opening in a trinucleotide model of B-form DNA molecule. Having used molecular dynamics calculation and also data concerning potential energy surfase topology adequate to a type of conformation flexibility studied here, the author has de­ termined correlation degree for some types of DNA bases movements in any opening DNA bases pair and has shown the dependence of opening processes in a central nucleo­ tide pair on nucleotide content of DNA duplex being studied. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Якушевич Л. В. Динамика ДНК // Молекуляр. биология.—1989.— 23, N 3.— С. 652—661. 2. Бгоренков А. И. Пакет компьютерных программ для изучения биофизических ос­ нов молекулярной генетики//Биополимеры и клетка.— 1993.— 9, N 6.— С. 94—96. 3. Волков С. Н. Конформационные возбуждения в макромолекулах типа ДНК //Мо­ лекуляр. биология— 1992 — 26, N 4.—С. 835—846. 4. Englander S. W., Kallenbach N. R., Heeger A. J. et al. Nature of the open state in long polynucleotide double helices: Possibility of soliton excitations // Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—1980.—77, N 12.—P. 7222—7226. 5. Леченая В., Волков С. О механизме водородного обмена в ДНК //Молекуляр. био­ логия.—1984.—18, N 4.—С. 1134—1140. 6. Ramstein J., Lavery R. Base pair opening pathways in B-DNA//J. Biomol. Struct. and Dyn.— 1990.— 7, N 4.—P. 915—933. 7. Briki F., Ramstein J., Lavery R., Genest D. Evidence for the stochastic nature of base pair opening in DNA: A brownian dynamics simulation//J. Amer. Chem. Soc.— 1991.— 113, N 7.—P. 2490—2493. 8. Keepers J., Kollman P., Weiner P., James T. Molecular mechanical studies of DNA flexibility : Coupled backbone torsion angles and base-pair openings//Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—1982.—79.—P. 5537—5541. 9. Chen L., Feng Y'., Prohofsky E. Premelting thermal fluctuational base pair opening probability of poly (dA)-poly (dT) as predicted by the modified self-consistent phonon theory//Biopolymers.— 1991.— 31, N 2.—P. 134—148. 84 ISSN 0233—7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1994. Т. 10. №2 10. Von Hippel P., Berg 0. On the specificity of DNA-protein interactions//Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—1986.—83, N 6.—P. 1608—1612. 11. Holbrook S., Sung-Hou Kim. Local mobility of nucleic acids as defumined from crystallographic data/ /J . Mol. Biol.—1984.—173.—P. 361—388. 12. Франк-Каменецкий М. Д. Флуктуационная подвижность ДНК // Молекуляр. био­ логия.—1983.—17, N 3.—С. 639—652. 13. Полозов Р. В. Метод полуэмпирического силового поля в конформационном ана­ лизе биополимеров.— М. : Наука, 1981.— 120 с. 14. Weiner S., Kollman P., Case D. et al. A new force field for molecular mechanical simulation of nucleic acids and proteins//J. Amer. Chem. Soc.— 1984.— 106.— p. 765—784. 15. Vedani A., Dunitz J. Lone-pair directionality in hydrogen bond potential functions for molecular mechanics calculations : The inhibition of human carbonic anhydrase 2 by sulfonomides//Ibid.— 1985.— 107, N 25.—P. 7653—7658. 16. Arnott S., Smith P. J., Chandrasekaran R. 11 Handbook of biochem. and mol. biol. / Ed. G. D. Fasman.— New. York: CRC press, 1976.—V. 2.—P. 411—422. 17. Komarov V. M., Polozov R. V., Konoplev G. G. Non-planar structure of nitrons bases and non-coplanarity of Watson — Crick pairs//J. Theor. Biol.— 1992.— 155.— P. 281—294. 18. Говорун Д. M., Мщу к Я. Р-, Кондратюк I. В., Желтовський М. В. Про непланар- HicTb водневозв'язаних комплементарних пар основ ДНК // Тез. I Укр. симпоз. по водородной связи.— Одесса, 1992.— С. 26. 19. Мщу к Я. Р. Вивчення ф1зико-х1м1чно1 природи елементарних акт1в б1лково-нук- лешового та нуклешово-нуклешового вшзнавання на низькомолекулярних модель- них системах: Автореф. дис.... канд. бюл. наук.— К., 1993.— 21 с. 20. Егоренков А. И., Король В. В. Пакет прикладных программ для графического изу­ чения топологии поверхности потенциальной энергии, соответствующей конформа- ционной динамике молекулы ДНК // Биополимеры и клетка.— 1993.— 9, № 5.— С. 66—72. 21. Готлиб Ю. Я., Даринский А. А., Светлов Ю. Е. Физическая кинетика макромо­ лекул — Л. : Химия, 1986.— 272 с. Укр. мед. ун-т, Киев Получено 23.11.93 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1994. Т. 10. № 2 85

Схожі ресурси