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.