Химическое строение нуклеиновых кислот

Задание 1

В MarvinSketch, используя готовые шаблоны из Nucleotides (во вкладке Template), строим структуры нужных структур. Скачать файл по ссылке.

Рис. 1. Красным цветом выделена N-гликозидная связь (и атомы, которые ее образуют). В псевдоуридине реализована связь C(1')-C(5).

Задание 2

Рис. 2. Изображение фрагмента двухцепочечной ДНК. Красным цветом выделены остатки фосфорилированных сахаров. Стрелками показаны направления цепей от 5' к 3' концу. Файл с заданием по ссылке.

Задание 3

Мне нужно рассмотреть канонические и теоретически возможные пары для Тимина (T). Так как Тимин входит только в нуклеотиды ДНК, то логично было бы рассмотреть взаимодействие нуклеотидов с Тимином с другими нуклеотидами в антипараллельных цепях ДНК. Я буду рассматривать взаимодействие нуклеотидов с учетом таутомеров. Файл с заданием по ссылке.

MarvinSketch предлагает 9 вариантов таутомеров для Тимина (см Рис. 3). Так как я рассматриваю взаимодействие нуклеотидов, то буду учитываь только те таутомеры, где атом N(1) не изменяется в сравнении с обычным Тимином, то есть в состоянии >NH для создания N-гликозидной связи с C(1').

Рис. 3. Я назвала 3 подходящих таутомера Tимина T1 (привычный Тимин), T2 и T3.

Для остальных азотистых оснований, входящих в состав нуклеотидов ДНК, я выбрала только те таутомеры, в которых атом N способен образовывать N-гликозидную связь.

Рис. 4. Пронумеровала по порядку, оставляя за индексом 1 привычный вариант азотистого основания в каждом случае.

Теперь можно рассмотреть все возможные взаимодействия между таутомерами. Буду учитывать, что -OH является донором водорода.

T-A пары

Пара T-A - каноническая для Тимина. Поэтому пара A1-T1 каноническая. Остальные теоретические пары (с указанием таутомеров) - на Рис. 5 и Рис. 6.

Рис. 5.
Рис. 6.

Видно, что в данном случае каждая теоретическая пара образует 2 водородные связи (так же, как и каноническая). Среди них нет такой пары, которая вызывала бы сомнения, так как ни в одной структуре нет атомов, которые могут привести к отталкиванию.

T-G пары

Рассмотрим все теоретически возможные пары T-G.

Рис. 7.
Рис. 8.

В данном случае все не так однозначно, как в случае пары Tx-Ax. 3 пары образуют сразу 3 водорлдные связи: T2-G1, T2-G2 и T2-G6

. Остальные пары образуют по 2 водордные связи, и их взаимодействие теоретически возможно, так как нет отталкивающихся атомов/групп.

T-С пары

Рассмотрим все теоретически возможные пары T-С.

Рис. 9.
Рис. 10.

Сразу обращу внимание на пару T1-С1. В ней можно увидеть два атома кислорода (O(2)-O(2)), ни один из которых не гидрирован, и они будут приводить к взаимному отталкиванию (оба несут частично отрицательный заряд), поэтому существование этой пары не кажется мне вероятным. Во всех остальных парах такого взаимодействия не наблюдается, поэтому их существование вполне вероятно, особенно в случаях с 3 водородными связями.

T-Т пары

Рассмотрим все теоретически возможные пары T-Т.

Рис. 11.
Рис. 12.

В парах T-T много пар, которые выглядят неправдоподобными. T1-T2, T1-T3 - пара атомов кислорода (O(2)-O(2)) будут взаимно отталкиваться (из-за частично отрицательных зарядов), а в паре T2-T3 отталкивание будет из-за атомов N(3) с частично положительными зарядами. Остальные теоретические пары не отталкиваются, поэтому вполне возможны.