Химическое строение нуклеиновых кислот

Задание 2. Изображение нуклеотидов и фрагментов нуклеиновых кислот с помощью программы ChemSketch

Упражнение #1
С помощью программы ChemSketch создали файл nucl.sk2. В этом файле на первой странице изобразили 4 заданных соединения, после чего пронумеровали атомы сахара и остатков азотистых оснований. Затем выделили N-гликозидную связь красным цветом. Эта связь присутствует только в 3-х соединениях (в псевдоуридине её нет).

2'-dezoksiguanozindifosfat

Упражнение #2
На втором листе файла nucl.sk2 воспроизвели изображение фрагмента двухцепочечной ДНК.

Задание 3. Сопоставление структуры водородных связей в канонических и теоретически возможных неканонических парах

На новых листах файла nucl.sk2 рассмотрели канонические и теоретически возможные неканонические пары оснований. В качестве одного из оснований нам задан тимин. Работаем именно с основаниями, и будем считать, что донорами водорода являются группы -NH2 и >NH, а акцепторами водорода - атомы О и N, которые не связаны с водородом. Водородные связи показали пунктирными линиями.

Вначале рассмотрим каноническое взаимодействие Т-А.
complement_T-A

Теперь можно рассмотреть неканонические взаимодействия Т-С, T-G, T-T и даже ещё одно T-A. Большое разнообразие вариантов обусловлено таутомерией или, другими словами, явлением обратимой изомерии - перемещением атомов водорода от одного атома в молекуле к другому и обратно в одном и том же соединении.

Немного теории...
Для тимина характерна лактим-лактамная таутомерия (7).
Обычно лактамная форма в равновесии преобладает. В лактимной форме, т. е. гидроксиформе, пиримидиновое ядро обладает ароматичностью. Однако и в лактамной форме ароматичность не нарушается, так как ароматическая система образуется за счет участия в сопряжении неподелённой пары электронов амидного атома азота. Разрыв сопряжения в кольце отсутствует. В случае аминопроизводных пиримидина может иметь место также енамино-иминная таутомерия (6). Обычно лактамная форма в равновесии преобладает. В лактимной форме, т. е. гидроксиформе, пиримидиновое ядро обладает ароматичностью.

tautameriya

→ Тимин — твёрдое высокоплавкое вещество, растворимое в воде и нерастворимое в неполярных органических растворителях. Для него характерно наличие прочных межмолекулярных водородных связей.

tautomeria_timin

→ таутомерия тимина

Итак, вернёмся к рассмотрению всевозможных неканонических взаимодействий с тимином.

Тимин и цитозин

Тимин и гуанин

Тимин и аденин
necanonicheskaya_T-A'

Тимин и тимин

У тимина с тимином получилось 8 различных неканонических взаимодействий.

Среди всех рассмотренных структур наиболее предпочтительной является каноническая пара "T-A" с 3 водородными связями, а также некоторые неканонические пары, имеющие тоже 3 водородные связи, так как чем больше у пары водородных связей, тем выше её прочность и стабильность, и, как следствие, такие пары представляют больший интерес для работы и исследований.