Практикум 1. Химическое строение нуклеиновых кислот, MarvinSketch

Этот практикум посвящён знакомству с программой MarvinSketch, с помощью которой требовалось изобазить структурные формулы заданных химических соединений. Результат работы (файл .mrv с выполненными заданиями) доступен по ссылке.

Структурные формулы нуклеотидов и нуклеозидов

Далее приведены изображения структурных формул 2'-дезоксигуанозиндифосфата, 2'-дезокситимидинмонофосфата, уридина и псевдоуридина. Атомы остатков азотистых оснований и сахаров пронумерованы; атомы, связанные N-гликозидной связью, выделены красным цветом.

Изображение фрагмента двухцепочечной ДНК

На рисунке 5 изображена структура фрагмента ДНК; красным цветом выделен сахарофосфатный остов, символами «A», «T», «G», «C» обозначены входящие в состав молекулы нуклеотиды, подписаны 5'- и 3'-концы цепочек, голубым пунктиром обозначены водородные связи между остатками азотистых оснований.

Неканонические взаимодействия (для дезоксицитидинмонофосфата)

Цель этого задания - предположить, в какие неканонические взаимодействия может вступать определённый нуклеотид (в данном случае - 2'-дезоксицитидинмонофосфат, dCMP). В ходе размышлений будем исходить из следующего:

• взаимодействующие нуклеотиды должны образовывать друг с другом как минимум две водородные связи (в противном случае взаимодействие не окажется выгодным из энтропийных соображений)
• в качестве доноров водорода могут выступать группы -NH2 и -NH- в составе азотистых оснований, в качестве акцепторов - не связанные с водородом атомы O и N
• предполагается, что нуклеотиды находятся в растворе при pH, близком к 7 (т. е. не рассматриваем, к примеру, случаи с протонированным N3-атомом цитозина)

На рисунке 6 представлено каноническое уотсон-криковское взаимодействие dCMP с dGMP. Как видно, нуклеотиды образуют друг с другом три водородные связи (обозначены голубым пунктиром), а значит, любое неканоническое взаимодействие с образованием двух водородных связей будет заведомо слабее.

Рисунок 7 демонстрирует пример неканонического взаимодействия пары C-G. Несмотря на то, что эта пара может вступать в более выгодное по энергии уотсон-криковское взаимодействие, показанное выше, такой вариант (по крайней мере, его эквивалент для рибонуклеотидов), как оказалось, действительно существует и входит в число т. н. обратных уотсон-криковских взаимодействий.

На рисунках 8 и 9 представлена пара C-A в двух вариантах с образованием двух водородных связей; оба из них встречаются на практике (опять же, у мономеров РНК). Взаимодействие на рисунке 8 относят к обратным хугстиновским, на рисунке 9 - к обратным wobble-взаимоействиям.

На рисунке 10 изображена предположительно возможная пара C-T. Между нуклеотидами образуются две водородные связи, и такая пара могла бы быть достаточно стабильной.

На рисунках 11 и 12 можно видеть варианты взаимодействий dCMP между собой - в виде пары и триплекса соответственно. Если в стабильности пары явных сомнений не возникает, то в триплексе, несмотря на то, что один нуклеотид образует четыре водородные связи, их прочность может быть ограничена по соображениям их геометрии, что видно из рисунка 12.