Работа с Marvin Sketch
В данном практикуме мы осваивали программу Marvin Sketch - редактор изображний химических соединений. В первом задании требовалось нарисовать 2'-дезоксигуанозиндифосфат, 2'-дезокситимидинмонофосфат, уридин и псевдоуридин и изобразить красным цветом N-гликозидные связи. Во втором задании было необходимо повторить рисунок двойной цепи ДНК с лекции - 4 пары нуклеотидов с указанием направлением цепей. Красным раскрашены сахара и фосфатные группы, чёрным - основания. Результаты можно видеть на рисунках ниже (Рис 1,2).
Рис.1 Результат задания 1
Рис.2 Результат задания 2
Неканонические пары
В задании 3 предлогалось сравнить водородные связи в канонической паре данного основания, в моём случае - тимина, с водородными связями в неканонических основаниях. Неканонические основания необходимо было придумать, учитывая, что для упрощения задачи донорами водорода считаются группы -NH2 и >NH, а акцепторами водорода атомы О и N, которые не связаны с водородом.
Так как перебирать все варианты "вручную" оказалось бы процессом сложным и с выскоим риском что-то забыть, я решила сначала посчитать количество всех возможных вариантов неканонических пар. Для этого я проанализировала расположение функциональных групп всех пяти оснований и составила краткие формулы, отражающие последовательность доноров и акцепторов. Для тимина: АДА, для урацила: АДА, для цитозина: ААД, для гуанина: ДДА. У аденина также есть на 7-м месте азот, находящийся недалеко от -NH2 группы, который может быть акцептором, поэтому формула для аденина получилась АД+ АД. Парой я считала основания с 2-мя и больше водородными связями. Формула для тимина - АДА, то есть в других последовательностях нужно было искать 2 подпоследовательности - АД и ДА. Такая формула также означала, что "зеркальные" отражения нуклеотидных оснований тоже смогут образовывать пару водородных связей с тимином. Итак, таких мотивов у тимина - 2, у урацила - 2, у аденина - 2, у цитазина - 1. у гуанина - 1, всего 8. Умножаем на 2, чтобы учесть "зеркальные" отражение, и получаем 16 неканонических пар (без учёта таутомерии оснований). Они представлены на рисунке 3. Первая пара с аденином - каноническая.
Рис.3 Каноническая и неканонические пары оснований с тимином
Очевидно, что некоторые пары должны быть менее стабильны, чем другие. Причинами могут быть: неудобное расположение (угол) и отталкивающиеся друг от друга функциональные группы. Такими могут быть кислороды или азоты, не связанные с водородами и обладающие неподеленными электронными парами, отталкивающимися друг от друга. Прочность водородной связей зависит от полярности атомов. Поэтому водородные связи с N будут в теории менее прочными, чем водородные связи с O, так как последний более электроотрицателен. Хотя у пар Т-Т должны быть более прочные связи по сравнению с канонической парой, избыток близкорасположенных кислородов должен мешать их образованию. Такая же ситуация и в парах А-У. Меньшая устойчивость пар А-Т из второй колонки на Рис.3 может объясняться большим расстоянием между группами -NH2 и >N, а, соответственно, более длинными и менее устойчивыми водородными связями. В парах А-Г карбоксильные группы находятся радом и направленны друг к другу, что должно сильнее отталкивать молекулы, чем в случае Т-Т. Однако пары Т-Г должны быть, по-моему, относительно устойчивы.