Содержание к диссертации
Введение
Краткий обзор наиболее распространенных методов компьютерной и квантовой химии 11
Методы компьютерной химии 11
Методы молекулярной механики (эмпирического силового поля) 14
Методы, основанные на представлениях молекулярных орбиталей 16
a) Основные положения теории молекулярных орбиталей 16
b) Полуэмпирические методы расчетов 21
c) Неэмпирические (аb initio) методы 25
Обзор литературы 29
1. Эволюция представлений о структуре ДНК 30
2. Роль водного и ионного окружения 33
3. Азотистые основания 35
4. Стэкинг взаимодействия оснований 39
5. Водородное связывание пар оснований, нуклеозидов и нуклеотидов 43
Метод 46
Обоснование выбора полуэмпирической методики 46
Расчет основных термодинамических характеристик 47
Детали расчетов 49
Результаты и обсуждение 51
I. Особенности водородного связывания пар оснований, нуклеозидов и нуклеотидов. 51
II. Водородное связывание коротких двойных цепочек олигонуклеотидов. 69
III. Влияние связанной воды на структурообразование коротких цепочек олигонуклеотидов . 80
Выводы 86
Список литературы 87
- a) Основные положения теории молекулярных орбиталей
- Водородное связывание пар оснований, нуклеозидов и нуклеотидов
- Водородное связывание коротких двойных цепочек олигонуклеотидов.
- Влияние связанной воды на структурообразование коротких цепочек олигонуклеотидов
a) Основные положения теории молекулярных орбиталей
Квантовая механика, возникшая первоначально как способ интерпретации атомных спектров, в наше время дает основу для предсказания и объяснения многих физических свойств молекул и макромолекул. В принципе, любую наблюдаемую физическую величину можно вычислить квантовомеханическим путем, если только удается решить соответствующее уравнение Шредингера для молекулярной системы. В квантовой механике вероятность нахождения частицы в какой-либо точке пространства подчиняется принципу неопределенности и может быть установлена при помощи волновой функции. Решение квантовомеханической задачи, таким образом, состоит в нахождении этой функции для молекулы и вычислении соответствующей ей энергии.
Однако на практике практически невозможно найти точные решения этого уравнения, за исключением очень малых систем, поэтому приходится искать приближенные методы решения уравнения Шредингера. Так, несмотря на то, что атомы ядер молекулы находятся в движении, предполагают, что они находятся в неподвижности относительно быстро движущихся в молекуле электронов и поэтому их описывают фиксированными координатами в пространстве (приближение Борна-Оппенгеймера [83]). Таким образом, кинетическую энергию атомов из рассмотрения исключают, а взаимодействие между ними ограничивается электростатическим отталкиванием.
Энергия системы и оператор Гамильтона с учетом приближения Борна-Оппенгеймера могут быть записаны в следующем виде 7 rtJ , Ъп m где А ж В - ядерные центры, i,j - электроны, новый гамильтониан Н содержит только электронные члены.
Хотя движение каждого электрона влияет на движение остальных электронов (электронная корреляция), прибегают к еще одному приближению и строят полную электронную волновую функцию из индивидуальных электронных волновых функций. Межэлектронное отталкивание, таким образом, учитывается в виде взаимодействия между одним электроном на данной орбитали и усредненным полем остальных электронов молекулы. При таком подходе можно выразить полную электронную волновую функцию молекулы в виде нормированного произведения антисимметризованных одноэлектронных волновых функций.
Для систем с замкнутой электронной оболочкой, где каждая орбиталь занята парой электронов, полная волновая функция обычно записывается в виде одного слейтеровского детерминанта: где ф (А;)-одноэлектронная молекулярная волновая функция (р-я молекулярная орбиталь), которая описывает А: электрон со спином а; (р (/)- одноэлектронная молекулярная волновая функция (р-я молекулярная орбиталь), которая описывает k электрон со спином (3; (nly2- нормировочный множитель, в котором п равно числу электронов во всей молекуле.
Таким образом, задача определения волновой функции молекулы свелась к необходимости построения набора молекулярных орбиталей на которых находятся все электроны молекулы. В принципе этот набор можно получить путем комбинирования любого числа функций электронных распределений различного типа или путем составления лишь одной чрезвычайно сложной функции, позволяющей описать электронную плотность на каждой молекулярной орбитали.
В применяемом далее приближении молекулярные орбитали представляются в виде нормированной линейной комбинации атомных орбиталей, центрированных на составляющих молекулу атомах. Расчет молекулярной орбитали представляет собой в этом случае поиск комбинаций атомных орбиталей, соответствующих симметрии молекулы и минимальному значению электронной энергии. Такое приближение называется формализмом линейных комбинаций атомных орбиталей (ЛКАО). фк- индивидуальные атомные орбитали (базисный набор), с[ -вариационные параметры, Skl -интеграл перекрывания между орбиталями и /.
Теоретически наилучшее решение уравнения Шредингера можно получить при использовании бесконечно большого базисного набора функций фк определяющие атомные орбитали. Однако реально используют минимальные базисные наборы из минимального числа атомных орбиталей необходимых для размещения всех электронов исследуемой системы.
Наконец, еще одно обстоятельство. Сами по себе отдельные молекулярные орбитали непосредственного физического смысла не имеют по той простой причине, что полная (многоэлектронная) волновая функция не меняется, если набор молекулярных орбиталей, из которых она составлена, заменить на другой набор орбиталей, представляющих собой линзйные комбинации исходных. Именно на этой возможности линейного преобразования орбиталей основаны построения, сводящиеся к переходу к эквивалентным молекулярным орбиталям, гибридным орбиталям и тому подобным конструкциям, широко используемым в современной теоретической химии и позволяющим с различных сторон взглянуть на то, что происходит при образовании химической связи.
Для того чтобы преодолеть трудности связанные с вычислением энергии молекулы и молекулярных орбиталей используют подход Хартри [85], который предложил исходя из некоторого первоначального распределения заряда, определить волновые функции и вычислить значения энергий орбиталей Ер в начальном (первом) приближении. Затем полученные результаты можно использовать для получения энергий и волновых функций в следующем приближении. Такую процедуру можно повторять до тех пор, пока разность значений энергий на двух последовательных итерациях не станет меньше какой-либо наперед заданной величины, т.е. система достигнет самосогласования. Такой подход получил название метода самосогласованного поля (ССП) Хартри-Фока-Рутана.
Необходимо также отметить, что даже если проведены вычисления по методу самосогласованного поля с наибольшей доступной точностью, остается различие между полученной энергией и реальной электронной энергией молекулы, т.к. в уравнениях не учитываются электронная корреляция и релятивистские эффекты Еэл=Ехф+Екорр+Ерел. Конфигурационное взаимодействие может быть внесено в теорию на более поздних этапах, например, с помощью теории возмущений (Moller-Plesset perturbation theory [86]).
Суммируя вышесказанное, при построении теории МО ЛКАО прибегают к следующим приближениям в решении уравнения Шредингера:
Адиабатическое приближение (Борна-Оппенгеймера);
Одноэлектронное приближение (отказ от электронной корреляции);
Однодетерминантное приближение;
Приближение молекулярной орбитали в виде линейной комбинации атомных орбиталей;
Вычисления по методу ССП.
Вместе с тем, реализованные на МО ЛКАО теории квантово-химические методики расчетов достигают и подчас превышают по точности многих наиболее точных экспериментальных методик.
В настоящее время наиболее распространены и интенсивно применяются два метода квантовой химии- полуэмпирический и неэмпирический. Основное различие между ними заключается в различном подходе к реализации базисного для обоих методов формализма МО ЛКАО.
Водородное связывание пар оснований, нуклеозидов и нуклеотидов
В случае пар оснований геометрическим требованиям к образованию водородно-связанных комплексов со связями N-H... О и N-H...N удовлетворяют в общем случае 28 типов спаривания с образованием двух или трех водородных связей [8, 9]. Было показано экспериментально, что в системах, где возможно образование различных типов связывания пар оснований предпочтительно реализуются канонические Уотсон-Криковские AT(AU) и GC пары. Например, в дейтерохлороформе при смешивании аденина и урацила количество пар AU примерно в 25 раз больше, чем АА или UU [6]. Такая избирательность комплексования азотистых оснований определяется различием устойчивости пар, напрямую связанной с энергетикой водородного связывания пар. Так, например, для пары AU энергия водородного связывания Ш% = -6.5 ккал/моль, а для АА и UU соответственно АЯ =А#„у = -4.25 ккал/моль [7], самое высокое значение энергии водородного связывания соответствует канонической GC(WC) паре AHhGbc = -14 ккал/моль.
В отличие от стэкинга водородное связывание азотистых оснований в общем случае не реализуется в водной среде, это было убедительно показано при помощи КР- спектроскопии: спектр смеси оснований в воде даже при высоких их концентрациях не отличался от суммы спектров соответствующих компонентов [5]. Исключением из этого правила является лишь гуанин: для него водородное связывание реализуется и в водной среде. Подробные исследования растворов гуанина, в том числе и рентгеноструктурные [57, 58], показали, что основным типом структур в этом случае являются не Н-связанные гуаниновые пары, а плоские гуаниновые тетрамеры, в образовании которых принимают участие все протон-донорные и протон-акцепторные центры гуанинов. Метилирование хотя бы одного из протон-донорного или протон акцепторного центров гуанина препятствовало образованию тетрамеров, это доказывает, что возникновение тетрамеров определяется особенностями структуры гуанина, а не взаимодействием с растворителем. При образовании тетрамера для каждого гуанина реализуются четыре водородные связи, т.е. максимально возможное для азотистых оснований количество водородных связей в расчете на одно основание.
Экспериментальные исследования водородного связывания азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов, с одной стороны, чрезвычайно затруднены в газовой фазе упоминавшимися уже трудностями при возгонке в газовую фазу и склонностью к таутомерным перестройками, с другой стороны, диссоциация водородного связывания в водном окружении затрудняет экспериментальные исследования в растворителе. Этим объясняется отсутствие на данный момент прецизионных экспериментальных данных, типа данных микроволновой спектроскопии или газовой электронографии относительно деталей геометрии водородного связывания одиночных пар.
Когда нет возможности проведения высокоточных и достоверных экспериментальных исследований, возникающую нишу в исследованиях с неизбежностью занимают теоретические подходы и методы. Изучение особенностей водородного связывания азотистых оснований может служить одним из ярчайших тому примеров. Вплоть до сегодняшнего времени, основными инструментами в изучении водородного связывания азотистых оснований остаются наиболее точные теоретические квантово-химические полуэмпирические и неэмпирические методы.
К сожалению, к настоящему времени не выработано единого взгляда на проблему геометрии водородного связывания азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов не смотря на то, что проблема водородного связывания оснований исследовалась широким кругом исследователей с применением различных теоретических подходов и методов.
Наиболее последовательно изучение геометрии Нсвязывания пар оснований ДНК проводилось в последнее время двумя группами исследователей: одной под руководством Комарова В.М. [45-47, 111, 126-129] с использованием полуэмпирической методики, а другой с использованием неэмпирической методики под руководством Хобза П. [19,21,23,51,52, 131-133].
В работах Комарова с соавторами на основе многолетних теоретических исследований делается вывод, что неплоский характер Нсвязывания оснований -есть внутреннее, присущее парам изначально, свойство [45, 128]. В работах Хобза с соавторами выводы относительно геометрии водородного связывания пар не столь однозначны. В одной из первых из работ с использованием базиса MINI-1 [132], делается вывод о плоском связывании пар, но уже в последующих работах с использованием все того же базиса MINI-1 [52, 133] получены результаты о неплоском связывании оснований в парах. В еще более поздних работах с использованием уже более современных 6-31G(d,p)/MP2 расчетов результаты относительно геометрии Н-связывания вновь изменились [21, 23], теперь уже каноническое уотсон-криковское связывание в GC и AT парах плоское, а в хугстеновских (неправильных) парах связывание может быть и неплоским. Причем в указанных работах никак не обсуждается вопрос о том, что если каноническое спаривание плоское, а хугстеновское - нет, то в чем тогда состоит такое принципиальное отличие канонического спаривания оснований от хугстеновского?
Создается впечатление, что такой разброс в результатах связан с малой разницей в энергии между плоской и изогнутой конфигурациями Нсвязывания пар, поэтому расчеты, проведенные с использованием различных базисов, могут различаться не только количественно, но и качественно. Что и отмечается в работе [135], в которой также получено неплоское связывание в GC паре с использованием базисов MINI-1, STO-3G и 6-31G(d,p). Причем неплоское связывание оказывается несколько более стабильным, чем плоское, что хорошо согласуется с работами Комарова.
Наряду с таким широким обсуждением геометрии Нсвязывания пар оснований систематических теоретических исследований особенностей геометрии и термодинамики при связывании оснований, нуклеозидов и нуклеотидов в пары, а так же исследование поведения геометрии связывания пар в структуре двойной спирали проведено к настоящему времени не было.
Водородное связывание коротких двойных цепочек олигонуклеотидов.
Следующим шагом в представляемой работе явилось исследование структурных и некоторых термодинамических свойств водородно-связанных олигонуклетидных дуплексов, моделирующих особенности удлиняющихся коротких двойных цепочек молекулы ДНК. Рассматривались особенности электронной структуры комплексов в ряду: d(ApA)-c(TpT), d(ApT)-d(TpA), d(ApApA d(TpTpT), d(ApTpA)-d(TpApT), d(ApApApA)-d(TpTpTpT), d(ApTpApT)-d(ApTpApT), d(GpG)-d(CpC), d(GpC)-d(GpC), d(GpGpG)-d(CpCpC), d(GpCpG)-d(CpGpC), d(GpGpGpG d(CpCpCpC) и d(GpCpGpC)-d(GpCpGpC). Основной задачей данного этапа исследований, являлось разрешение вопроса: Сохраняется ли обнаруженная ранее множественность непланарных форм Н-связывания канонических пар нуклеотидов в структуре изолированной двойной мини-спирали?
Анализировались свойства в основном нейтральных форм дуплексов. Влияние же зарядового состояния на структуру комплекса рассматривалось на примере дуплексов [d(ApA d(TpT)] 2 и [d(GpC d(GpC)]"2.
С целью оценки устойчивости лево-спиральной структуры одиночного дуплекса был также проведен оптимизационный расчет Z-формы альтернирующего нуклеотидного комплекса [d[GpC)-d(GpC)] 2.
Результаты проведенных теоретических, квантово-химических исследований приведены на Рис. 8, 9,10 и в Таблице 6. Из анализа полученных геометрических, термодинамических и спектроскопических данных вытекает следующее:
а) Газофазная модель изолированных коротких двойных цепочек олигонуклеотидов проявляет устойчивый характер возникающей правовинтовой В-формы спирали. При этом, у наиболее протяженных дуплексов - тетрануклеодидов, состоящих из четырех нуклеотидных пар многие конформационные параметры спирали уже хорошо коррелируют с известными аналогичными усредненными параметрами для классической В формы ДНК, полученными из рентгеностр}ктурных данных [45]. Причем лимитирующим фактором в формировании правовинтовой закрутки двойной спирали выступает сравнительно жесткая структура сахаро-фосфатного остова с C2 -endo конформацией фуранозных колец. Z-форма отрицательно заряженного короткого дуплекса [d(CpG)d(CpG)]"2 также обладает, как показал расчет, устойчивой структурой, и характеризуется своим отличительным набором торсионных параметров с конформацией фуранозного кольца близкой к Q -endo.
б) Полученные разные значения межфосфорных расстояний в боковых цепях дуплексов, указывают на накапливающуюся кривизну спиралей с ростом их длины. Эти результаты демонстрируют значительную чувствительность формы спирали к типам и размерам спариваемых последовательностей, а также характеризуют неоднородность структуры нуклеотидных шагов по длине спирали.
в) Некопланарные "пропеллеровые" и сдвиговые, типа "ступеньки", формы спаривания нуклеотидов, выявленные нами ранее для одиночных AT и GC пар, остаются основными формами Н-связывания пар нуклеотидов и в структуре рассмотренных двойных цепей. Причем углы пропеллера и излома пар в дуплексах могут достигать, как показано в Таблице 7, значительной величины, порядка 20 - 30. Обнаруживается некоторая зависимость этих параметров от концов цепи (так называемые концевые эффекты). Однако можно заметить, Рис. 10., что увеличение длины двойной спирали приводит к определенному ослаблению таких эффектов для внутренних Н-спаренных пар нуклеотидов и обуславливает значительное спараллеливание расположения соседних оснований в середине цепи.
г) Представленные в Таблице 7 величины потенциалов ионизации 1р иллюстрируют общее, закономерное изменение энергетики верхних заполненных электронных оболочек комплексов с изменением типа и размера дуплекса и с изменением зарядового состояния цепочек.
В ходе исследований обнаружилось весьма специфическое и интересное поведение еще одной характеристики электронной структуры двойных цепочек, а именно, - величины электрического дипольного момента спирали, [І. Надо сказать, что в литературе обсуждению вопроса о величине и направленности дипольного момента молекулы ДНК уделяется недостаточно внимания. И этому есть определенные основания. Дело в том, что в случае общепринятого, плоского варианта Н-связывания пар оснований в структуре двойной спирали дипольный момент каждой пары лежит в плоскости оснований и при спиральной укладке пар должна происходить, как считается большинством исследователей, взаимная компенсация этих моментов. Как следствие, полный электрический дипольный момент полинуклеотида должен быть близок к нулю. Этим, по-видимому, и объясняется пренебрежение в литературе деталями поведения такого макроскопического параметра спирали ДНК.
Однако в нашей работе показано, что стабильность непланарной формы водородно-связанных пар оснований в структуре антипараллельных 3 -5 (5 -3 ) двойных цепочек приводит к возникновению нескомпенсированной составляющей дипольного момента олигонуклеотида, направленной вдоль оси спирали. Удлинение олигонуклеотидного дуплекса на каждую дополнительную нуклеотидную уотсон-криковскую пару сопровождается регулярным увеличением дипольного момента системы. В случае рассмотренных протяженных тетрамерных дуплексов значение полного дипольного момента а. достигает уже значительной величины. Возникновение больших значений р. в молекуле ДНК фиксируется экспериментально, например, в работах [112, 115].
Поэтому, накапливающаяся компонента дипольного момента вдоль оси спирали в длинных цепях также может быть весьма и весьма большой. Физически, одним из вариантов компенсации такого возмущения в структуре двойной спирали может быть резкое, вынужденное искривление оси спирали, выражающееся, например, через «суперспирализацию» конформации молекулы.
Вполне вероятно, что данное нетривиальное следствие внутреннего непланарного полиморфизма формы спаривания олигонуклеотидов может иметь важное значение для понимания уникальных структурно-функциональных проявлений двойных спиралей в таких процессах как, например, белок-нуклеиновое узнавание, процессы инициации трансляции и транскрипции. На Рис. 11 проиллюстрировано появление нескомпенсированной составляющей дипольного момента олигонуклеотидов направленной вдоль оси закручивания пар нуклеотидов.
Что касается энтальпий водородного связывания комшементарных пар в цепи, то рассчитанные в Хартри-Фоковском приближении они оказываются по порядку величины сравнимыми с оцененными нами ранее значениями энергий Н-спаривания для одиночных нуклеотидов. В то же время, в удлиняющихся цепочках их значения несколько возрастают и отражают вклад цепочечных релаксационных эффектов в энергетику стабилизации водородно-связанного комплекса. Следует, однако, заметить, что при этом сами длины водородных связей в целом оказываются почти не изменяющимися по сравнению с таковыми в изолированных парах и лежат, согласно расчетам, в пределах 2.81-5-2.83 А.
Влияние связанной воды на структурообразование коротких цепочек олигонуклеотидов
Реальные нуклеиновые кислоты функционируют не в вакууме, а в условиях водного окружения и противоионов металлов. Поэтому, следующим логическим шагом в исследовании особенностей Н-связывания пар оснований в структуре коротких двойных цепочек был учет влияния, прежде всего, водного окружения на структуру исследуемых дуплексов.
В настоящее время в компьютерных квантово-химических расчетах существует множество подходов к решению проблемы влияния растворителя на структуру молекул и комплексов. Наиболее распространены упрощенные эмпирические методы учета среды как непрерывного континуума, окружающего молекулярную систему. Это - РСМ-модель (поляризационная континуальная модель), SCRF- модель (модель "самосогласованного реакционного поля"), COSMO-приближение (модель "проводимости-подобного экранирования") и др. С другой стороны, наиболее корректным, хотя и более затратным по вычислительным ресурсам, является не континуальное приближение, а приближение "супермолекулы", когда молекулы среды учитываются явным образом, включаясь в структуру исследуемого молекулярного комплекса. Мы в своих MNDO/PM3 расчетах использовали именно этот подход.
Нельзя не отметить, что поставленная задача по квантово-химическому исследованию олигонуклеотидов совместно с водным окружением является намного более сложной как в методическом плане, так и в плане необходимых компьютерных ресурсов по сравнению с расчетами в изолированном случае. Поэтому в исследованиях мы были вынуждены ограничиться рассмотрением динуклеотидного дуплекса и предварительно определить оптимальную структуру молекул воды вокруг "замороженного" исследуемого дуплекса с использованием метода молекулярной динамики.
В работе, для моделирования влияния связанной воды на упаковку нуклеотидных пар, был выбран пример В-формы короткого дуплекса d(ApA)-d(TpT) с зарядовым состоянием фосфатов AZe= -2. В качестве объема заполнения молекулами воды вокруг этого дуплекса выбирался прямоугольный параллелепипед размерами 41.5x37.5x31.5 А3. Объем системы обеспечивает нормальную плотность воды, а выбранные размеры ребер - оптимальное расположение динуклеотидной пары по отношению к ограничивающим поверхностям моделируемой ячейки. В таком объеме достаточно пространства для формирования не менее трех невозмущенных гидратных слоев вокруг исследуемого дуплекса.
Начальные координаты всех атомов гидратированного комплекса определялись из теоретического рассмотрения по схеме из работы [113] разработанной специально для системы "ДНК + водное окружение". Для одиночных комплементарных динуклеотидных пар брались координаты атомов из соответствующего двухспирального фрагмента В-формы олигонуклеотида poly(dA)-poly(dT) с зауженным гликозидным желобом, рассчитанного по методу молекулярной механики. Затем, методом Монте-Карло проводилось моделирование системы, содержащей "замороженную" изучаемую динуклеотидную пару и 1600 молекул воды. Для устранения поверхностных эффектов на систему налагались периодические граничные условия. Ориентация молекул воды вычислялась путем минимизации энергии межмолекулярных взаимодействий по методу атоматомных потенциальных функций с параметрами из работы [114]. Из полученного, вообще говоря, довольно большого набора почти эквиэнергетических конфигураций в составе водных оболочек динуклеотидных пар оставлялись молекулы воды, формирующие картину двух гидратных слоев. При этом молекулы первого гидратного слоя образовывали водородные связи с атомами дуплекса, в то время как молекулы второго гидратного слоя рассматривались вовлеченными одновременно не менее чем в две водородные связи с молекулами воды первого слоя. После тщательного анализа сетки водородных связей в полученных вариантах водных оболочек были отобраны две конфигурации, в которых реализованы наиболее вероятные водные мостики между гидрофильными атомами исследуемой динуклеотидной пары.
На базе этих начальных гидратированных моделей дуплекса [d(ApA)-d(TpT)] 2 и были проведены более детальные MNDO/PM3 расчеты с оптимизацией теперь уже всех степеней свободы. Полученные оптимизированные конформации дуплекса с двумя разными составами связанной воды (43 и 37 молекул воды соответственно) приведены на Рис. 12. Для сравнения, там же, приведены результаты оптимизации изолированного (без воды) нейтрального дуплекса. В Таблице 8 представлены некоторые структурные характеристики полученных комплексов.
Как видно из Рисунка 12, различный состав связанной воды вокруг оснований синициировал, прежде всего, стабилизацию разных ориентации NH связей пирамидальных аминогрупп оснований относительно плоскости молекулы основания. Иными словами - были инициированы разные формы скрытого полиморфизма Н-спаривания нуклеотидов. При этом если в первом водном окружении реализовалась синхронная, "up" ориентация N-Н-связей амино-группы обоих оснований аденинов, то в другом водном окружении комплекса наиболее выгодной по энергии оказалась противоположная- "down" ориентация связей. В случае же изолированного дуплекса наиболее устойчивой оказывается антибатная ориентация наклонов N-Н-связей аминогрупп аденинов.
У одного из них реализуется "up", а у другого - симметричная, "down" ориентация N-H связей группы -NH2.
Согласно проведенным расчетам водное окружение нейтрализует в определенной степени влияние концевых эффектов цепочек, т.к. из-за возникновения водных "сшивок" между плоскостями пар оснований в спирали, наблюдается компактизация комплекса и появляется стэкингоподобная укладка пар.
Другим результатом расчетов является полученное влияние связанной воды на торсионные параметры самих оснований ДНК входящих в состав дуплекса. Было получено некоторое искривление торсионных углов пуриновых и пиримидиновых колец и изменение длин связей оснований по сравнению с изолированным случаем, что хорошо согласуется с результатами ah initio DFT исследований по расчетам молекулы цитозина с 14 молекулами воды [56] и молекул тимина и урацила с 11 молекулами воды [104].
Следует также отметить, что обнаруженный ранее эффект появления нескомпенсированного электрического дипольного момента вдоль оси вращения нуклеотидных пар (т.е. вдоль оси двойной спирали) в изолированных дуплексах сохраняется, как показал наш расчет, и в этом случае комплекса с водным окружением. Включение связанной воды в дуплекс не убирает присущую парам азотистых оснований деформированность водородного связывания по неплоским аминогруппам и не компенсирует составляющую дипольного момента вдоль оси спирали. Поэтому, сделанный нами ранее вывод о возможной существенной роли возникающих больших дипольных моментов в нуклеотидных двойных цепочках в процессах белково-нуклеинового взаимодействия остается, на наш взгляд, справедливым и при учете поправок на водное окружение.
Еще один важный результат проведенного исследования заключается в том, что в таком коротком олигонуклеотиде различные конфигурации "гидратных оболочек", образующиеся из молекул связанной воды, инициируют заметные различия в характере упаковки оснований в структуре Н-связанного дуплекса.
