КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ РАССМОТРЕНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗРЫВА P-O- СВЯЗЕЙ

Чехов В. О., Морозов Ю. В.
Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН, 117984 Москва
В приближении CNDO/BW проведено исследование конформационной и электронной динамики процессов разрыва и образования P-O- связей. Рассмотрены "концертные" процессы нуклеазного разрыва P-O- связи и образования циклофосфата, а также полимеразного процесса образования фосфодиэфирной связи с отщеплением пирофосфата. Специальный выбор параметров P-O- связи для приближения CNDO/BW был проведен в результате изучения электронно-конформационного строения ортофосфата и диметилфосфата. Модельные расчеты показали следующее. При сближении атома кислорода с фосфатом его исходная тетраэдрическая конформация на расстоянии примерно 2,5 Е изменяется, становясь близкой к конформации тригональной бипирамиды. При этом энергетический барьер разрыва одной и образования новой P-O- связи не превышает 0,35 эВ. Вновь образовавшийся ортофосфат снова принимает конформацию тетраэдра. Следует подчеркнуть, что в рассмотренном процессе реальное существование ортофосфата с конформацией тригональной бипирамиды как стационарного промежуточного продукта не обязательно. При образовании циклофосфата атакующим атомом кислорода является атом O2' рибозы и его сближение с атомом P происходит в результате соответствующих конформационных изменений рибозного фрагмента. В процессе полимеразной реакции образования полинуклеотида при сближении O3' гидроксила сахарного остатка последнего нуклеотидного звена растущей цепи с атомом P1 трифосфата предшественника на расстояние 3,8 SYMBOL 197 \F "COURIER NEW" \S 10Е между O3' и атомом кислорода разрываемой P-O- связи образуется широкая энергетическая яма, позволяющая практически безбарьерно образовывать P1-O3' связь, отщепляя пирофосфат. Естественно, что, как и при атаке кислородом ортофосфата или при образовании циклофосфата, конформации фосфатной группы претерпевают аналогичные изменения. Следует заметить, что с точки зрения модельной реакции конформация отщепляемого пирофосфата не принципиальна. В то же время в реальной ферментативной реакции это, по-видимому, не так, т.к. в качестве предшественника могут выступать только нуклеозидтрифосфаты.