Введение к работе
,. ' і
,,::-:(
TV?" Актуальность проблемы. Водородные связи (Н-связи) определяют ^йзнкфхимические свойства многих биологических систем. В последнее время достигнут значительный прогресс в изучении межмолекулярных взаимодействий. Он стал возможен благодаря развитию новых экспериментальных методик, а также теоретических подходов. Экспериментальные и расчетные данные показывают, что заряженные и нейтральные комплексы с Н-связями сильно отличаются по своим физико-химическим характеристикам (энергии связи, расстоянию между гетероатомами, переносу заряда), поэтому протонирование нейтральных систем приводит к существенному изменению их свойстт. До настоящего времени заряженные комплексы биомолекул практически не рассматривались. Применение экспериментальных подходов для исследования таких систем ограничено и не позволяет изучить вклад отдельных составляющих в энергию взаимодействия. Поэтому теоретическое рассмотрение заряженных комплексов биомолекул с сильными Н-связями является актуальным. Проведение строгих неэмпирических расчетов для изучения систем, состоящих из нескольких десятков атомов, в настоящее время невозможно, а использование существующих полуэмпирических схем не позволяет с требуемой точностью оценивать . геометрические и термодинамические параметры комплексов. Актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью развития надежного метода расчета систем с Н-связями и его использования для изучения заряженных комплексов биомолекул.
Цель работы заключалась в разработке методики расчета комплексов с сильными и слабыми Н-связяш и исследовании заряженных комплексов биомолекул:
изучении роли Н-связей в стабилизации переходных состояний ферментативных реакций,
рассмотрении влияния ггротошрования на относительную стабильность Уотсон-Криковских и неправильных пар,
исследовании прочности нуклеиново-белковых комплексов в зависимости от образования внешних Н-связей.
Научная новизна. Разработан вариант полу эмпирического метода MNDO - ІЯГОО/М для расчета структуры и термодинамических параметров
систем с Н-связями. Показано, что протонирование оснований оказывает существенное влияние на относительную устойчивость комплементарных и некомплементарных пар. Предложен механизм стабилизации перехоцного состояния в активном центре фермента за счет упрочнения водородных связей при взаимодействии субстрата с нуклеофилом. Установлено, что образование внешних Н-связей может приводить к заметному увеличению энергии Н-связи в нуклеиново-белковых комплексах.
Практическая ценности работы. Разработан комплекс программ для ЕС ЭВМ, позволяющий проводить расчеты физико-химических свойств мопекул и их комплексов полуэмпирическими методами ЩГОО, АМ1 И РМЗ. Комплекс программ внедрен в практику научных исследований 25 организаций.
Автор защищает:
метод расчета энергии и геометрии заряженных и нейтральных комплексов с Н-связями;
результаты исследования влияния протонирования на относительную стабильность комплементарных и некомплементарных пар оснований;
предложенный механизм стабилизации переходного состояния за счет образования Н-связей с реагентом в активном центре фермента;
- установленную взаимосвязь между образованием внешних Н-
связей и стабильностью нуклеиново-белковых комплексов.
Публикация и апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзном координационном совещании по квантовой химии (Черноголовка, 1987), на симпозиуме "Гидратация биополимеров" (Пущино, 1988), Всесоюзном координационном- совещании по квантовой химии (Днепропетровск, 1988), Всесоюзном координационном совещании по квантовой химии (Новосибирск, 1990).
По результатам работы опубликовано 12 статей .
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитированной литиратуры (204 наименования) и приложения. Она изложена на 147 страницах машинописного текста, включает 19 рисунков и 42 таблицы.
Похожие диссертации на Квантовохимическое изучение моделей комплексов биомолекул с водородными связями
