АНОТАЦІЯ
Краснокутський С.А. Молекулярна структура мономерних фрагментів нуклеїнових кислот, ізольованих у низькотемпературних інертних матрицях. -Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 03.00.02-біофізика.-Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2004.
Методом ІК-Фур’є спектроскопії матричної ізоляції, а також за допомогою квантово-хімічних ab-initio розрахунків, вивчено конформацію структурних компонентів ДНК и РНК. Для проведення досліджень за методом спектроскопії матричної ізоляції таких термонестійких молекул, як цукри та нуклеозиди, було створено спеціальну комірку. Виявлено три основних фуранозних конформери 2-дезоксірибози, що стабілізовані внутрішньомолекулярними водневими зв’язками. Для 2`-дезоксіуридину та тимідину в ізольованому стані домінують анти конформери, їх заселеність - 80%. Домінуюча конформація цукроваго кільця – С2`-ендо, й лише 20% конформерів мають С3`-ендо конформацію. Син-конформації нуклеозидів стабілізовані зв’язком O5'H…O2. В уридині, в анти конформації, було знайдено новий тип внутрішньомолекулярного водневого зв’язку O2'H…O2. Кількість син-конформерів уридину з водневим зв’язком O5'H…O2 становить близько 35%. Вивчено конформаційну поведінку модифікованого нуклеозиду, сінцитолу, що продемонстрував сильну антивірусну активність. Виявлено, що конформація цієї молекули подібна до такої ж інших канонічних нуклеозидів, що досліджувались. Запропоновано механізм антивірусної дії сінцитолу.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: Спектроскопія матричної ізоляції, квантово-хімічні розрахунки, конформація, нуклеозиди, модифіковані нуклеозиди, цукри.
АННОТАЦИЯ
Краснокутский С.А. Молекулярная структура мономерных фрагментов нуклеиновых кислот, изолированных в низкотемпературных инертных матрицах. -Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.00.02-биофизика.-Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, 2004.
Методом ИК-Фурье спектроскопии матричной изоляции, а также с помощью квантово-химических ab-initio расчетов, изучена конформация структурных компонентов ДНК и РНК. Для проведения исследований методом спектроскопии матричной изоляции таких термонестабильных молекул, как сахара и нуклеозиды, была создана специальная ячейка. Определены три основных фуранозных конформера 2-дезоксирибозы, стабилизированные внутримолекулярными водородными связями. Для 2`-дезоксиуридина и тимидина в изолированном состоянии доминируют анти-конформеры, их заселенность - 80%. Доминирующая конформация сахарного кольца – С2`-эндо, и лишь 20% конформеров имеют С3`-эндо конформацию. Син-конформации нуклеозидов стабилизированы связью O5'H…O2. В уридине, в анти-конформации, был обнаружен новый тип внутримолекулярной водородной связи O2'H…O2. Количество син-конформеров уридина с водородной связью O5'H…O2 составляет около 35%. Изучено конформационное поведение модифицированного нуклеозида синцитола, демонстрирующего сильную антивирусную активность. Обнаружено, что конформация этой молекулы сходна с таковой других исследованных канонических нуклеозидов. Предложен механизм антивирусного действия синцитола.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Спектроскопия матричной изоляции, квантово-химические расчеты, конформация, нуклеозиды, модифицированные нуклеозиды, сахара.
SUMMARY
Krasnokutskiy S.A Molecular structure of nucleic acid monomeric fragments isolated in the low temperature inert matrix. Manuscript.
Thesis for candidate’s degree by speciality 03.00.02-Biophysics.-V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2004.
Conformational structure of biologically important molecules in isolated state is very important for understanding of their behaviour as in the different environment and inside of the cell. The knowledge of the conformation of modified nucleoside drugs can be a key for understanding of the mechanism of their antiviral and antitumour actions. Conformational structure of DNA, RNA components was investigated by bought infrared (IR) matrix isolation spectroscopy and quantum-chemical ab-initio calculation. For the investigation of thermounstable molecules by the method of matrix isolation spectroscopy the special oven was created. At the same temperatures the intensity of molecular beam from this oven is two times higher than that from the old one. This gives a possibility to evaporate such thermounstable biomolecules as sugars and nucleosides without their thermodecomposition. Furie-Transform IR spectra of investigated molecules in different matrixes were recorded in the range from 400 cm-1 and up to 4300 cm-1. In quantum chemical calculation global minimums were found by comparison with our experimental data. It was shown that sugars in the isolated state are very conformational flexible molecules, and exist in the closed ring forms. Intramolecular hydrogen bonds play a key role in the stabilising of the conformer structure. Quantum chemical calculations show more than twenty local minimums. It was shown that all OH groups of ribose are involved in the net of intramolecular hydrogen bonding. For the structures with five- carbon ring, three main conformers of 2-deoxyribose were identified. Energy barrier between these conformations was found to be at minimum 2,5 kcal/mol. For 2`-deoxyuridine and thymidine quantum chemical calculation show existing of six conformers with dominant conformation of the sugar ring C2’-endo and C3’-endo. In the isolated state anti conformers are dominant and their occupancy estimated to be about 80%. The dominant conformation for sugar ring is C2’-endo, and only small amount of conformers (about 20%) have the C3’-endo conformation of the sugar. Sin conformations of nucleosides are stabilised by intramolecular hydrogen bonding O5'H…O2 and their occupancy is about 19%. Same structures which differ only in orientation of one hydroxyl group, which prevent intramolecular hydrogen bonding, loose in energy about 4 kcal/mol. The next investigated molecule was uridine. In comparison with previously studied molecules it has one extra hydroxyl group, this lead to the higher conformational flexibility and increasing in the amount of possible intramolecular hydrogen bonds. For the first time, existing of new type of intramolecular hydrogen bond O2'H…O2 in anti conformation of uridine was shown. Amount of conformers with such intramolecular hydrogen bond is about 25%. Occupancy of uridine sin conformer with intramolecular hydrogen bond O5'H…O2 is about 35%, and that of conformers which have at least one free OH group is 60%. Conformational behaviour of modified nucleoside, syncytol, which shows strong antiviral activity against DNA viruses, was studied. It is found that conformational structure of this molecule is very similar to the one of the other investigated canonical nucleosides. The main difference is that sin conformation of sincytol is very low occupied < 10%. These conformational similarities are such that syncytol is accepted into many biosynthetic pathways that normally incorporate citidine. The most likely, syncytol is phosphorilated by kinase into the active 5`-triphosphate form, and then incorporated to viral DNA sequence. Being incorporated at 3` end of the DNA, syncytol stop the replication process, due to the absence of the 3` group analogue in the molecular structure of this drug. The idea that structural difference between syncytol and citidin may also change conformation of DNA biopolymers was not proofed. It was shown that most likely, conformational structure of syncytol is responsible for the selectivity of its therapeutic action, due to higher affinity of the molecular structure of syncytol to the viral enzyme in comparison with that to the cellular enzyme.
KEY WORDS: Matrix isolation spectroscopy, quantum chemical calculation, conformation, nucleosides, modified nucleosides, sugar.
Наукове видання
КРАСНОКУТСЬКИЙ Сергій Анатолійович
“Молекулярна структура мономерних фрагментів нуклеїнових кислот, ізольованих у низькотемпературних інертних матрицях”
Підписано до друку 07.04.2004 р. Формат 60x90 1/16.
Друк офсетний. Ум. Друк. арк. 0,9.
Тираж 100 прим. Замовлення № 208 __________________________________________________________
Надруковано в мінідрукарні ТОВ “Рейтинг”
М. Харків, вул Сумська, 37, т. 14-34-26, 700-53-51
| 
