Analysis of the conformational features of Watson–Crick duplex fragments by molecular mechanics and quantum mechanics methods


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

It is generally accepted that important features of the Watson–Crick duplex (WCD) originate from the molecular structure of its subunits. However, it is still unclear what properties of each subunit are responsible for significant features of the WCD structure. Computations of deoxydinucleoside monophosphate (dDMP) complexes with Na ions on the basis of the density functional theory (DFT) have shown that conformational properties of minimal single-stranded fragments of DNA play a pivotal role in the origin of the unique features of the WCD. The directionality of the sugar-phosphate backbone (SPB) and preferable ranges of its torsion angles combined with the difference in geometry between purines and pyrimidines have been found to define the nucleotide sequence dependence of the WCD three-dimensional structure. In this work, density functional theory computations were extended to minimal duplex fragments, that is, complementary dDMP (cdDMP) complexes with Na ions. Using several computational methods and various functionals, energy minima were searched for the BI conformation of cdDMP complexes with different nucleotide sequences. Two sequences were optimized using an ab initio method at the MP2/6-31++G** level of theory. An analysis of the SPB torsion angles, sugar-ring puckering, and mutual base positions in the optimized structures showed that the conformational features of cdDMP complexes with Na ions remained within the BI ranges and become more similar to the corresponding features that WCDs display in a crystal. Qualitatively, the main features of each cdDMP complex were invariant with different computational methods, although the values of certain conformational parameters could vary, but still within the limits that are typical of the corresponding family. Common functionals that are employed in DFT calculations were observed to overestimate the distance between base pairs, while MP2 computations and new complex functionals yielded structures with atom–atom contacts that are too close. Several energy minima that correspond to the BI conformation have been proven to exist for certain cdDMP complexes with Na ions, indicating that the topography of the potential energy surface is complex. This circumstance accounts for the variation of conformational parameters among duplex fragments with the same nucleotide sequence. The common AMBER and CHARMM molecular mechanics force fields reproduce many conformational characteristics of dDMPs and their complementary complexes with Na ions, but fail to reproduce certain details of the nucleotide sequence dependence of the WCD conformation.

Об авторах

V. Poltev

Autonomous University of Puebla

Автор, ответственный за переписку.
Email: poltev@fcfm.buap.mx
Мексика, Puebla, 72570

V. Anisimov

National Center for Supercomputing Applications

Email: poltev@fcfm.buap.mx
США, Urbana, IL, 61801

C. Sanchez

Autonomous University of Puebla

Email: poltev@fcfm.buap.mx
Мексика, Puebla, 72570

A. Deriabina

Autonomous University of Puebla

Email: poltev@fcfm.buap.mx
Мексика, Puebla, 72570

E. Gonzalez

Autonomous University of Puebla

Email: poltev@fcfm.buap.mx
Мексика, Puebla, 72570

D. Garcia

Autonomous University of Puebla

Email: poltev@fcfm.buap.mx
Мексика, Puebla, 72570

F. Rivas

Autonomous University of Puebla

Email: poltev@fcfm.buap.mx
Мексика, Puebla, 72570

N. Polteva

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics

Email: poltev@fcfm.buap.mx
Россия, Pushchino, Moscow oblast, 142290

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Pleiades Publishing, Inc., 2016

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».