CC BY
72БІОФІЗИКА
BIOPHYSICS
МОЛЕКУЛЯРНА БІОФІЗИКА
Фізика живого, Т. 1S, No 1, 2010. С. 5-17. © Броварець О.О., Говорун Д.М.
MOLECULAR BIOPHYSICS
УДК 277.3
ВНУТРІШНЬОМОЛЕКУЛЯРНА ТАУТОМЕРИЗАЦІЯ ТА КОНФОРМАЦІЙНА МІНЛИВІСТЬ ДЕЯКИХ КЛАСИЧНИХ МУТАГЕНІВ-ПОХІДНИХ ПУРИНОВИХ ОСНОВ ДНК: КВАНТОВО-ХІМІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ
1,2Броварець О.О., 1,3Говорун Д.М.
1 Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2Київський національний університет імені Тараса Шевченка 3Інститут високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка
e-mail: brovarets@list.ru
Надійшла до редакції 25.12.2009
Вперше на рівні теорії MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/6-311++G(d,p) досліджено конформаційне різноманіття, включаючи структурну нежорсткість, та фізико-хімічний механізм внутрішньомолекуляної таутомеризації низки класичних мутагенів, що є похідними пуринових основ ДНК. Показано, що оскільки їхні мутагенні таутомери мають значний час життя (у порівнянні з характерним часом елементарного акту біосинтезу ДНК), то на них формально може бути поширена таутомерна гіпотеза Вотсона і Кріка. У цьому зв’ язку цілком логічно пов’ язати мутагенні властивості гідроксиамінопурину і 6-тіогуаніну з їхньою полегшеною здатністю у порівнянні з канонічними основами аденіном і гуаніном, відповідно, переходити у мутагенну таутомерну форму. Водночас для 2-амінопурину і 2,6-диамінопурину треба шукати пояснення їхньої мутагенної активності за межами таутомерної гіпотези у класичному її розумінні, оскільки вони у порівнянні з аденіном мають значно гіршу здатність переходити у мутагенну таутомерну форму.
Ключові слова: індуковані точкові мутації ДНК, похідні канонічних нуклеотидних основ, аналоги пуринових основ, внутрішньомолекулярна таутомеризація, перехідний стан, енергія активації Гіббса, час життя, конформаційні властивості, структурна нежорсткість, аналіз топології електронної густини, ab initio.
ВСТУП
Пошук елементарних фізико-хімічних механізмів виникнення спонтанних та індукованих точкових мутацій ДНК, з-поміж яких левову частку складають транзиції та трансверсії [1, 2], є однією із центральних задач молекулярної та квантової біофізики. Попри помітні теоретичні успіхи, досягнуті у цій біологічно важливій царині знань [3], отримання, накопичення та систематизація експериментального матеріалу [4-7] помітно випереджає темпи її осмислення на мікроструктурному рівні [8, 9]. Аналіз літератури вказує на те, що на заваді цього є, по суті, відсутність нових, продуктивних ідей та модельних уявлень якісно нового ґатунку.
Суттєвий, як на нас, поступ вперед у цьому напрямку зроблено у недавніх роботах [10, 11].
Нами [10] вперше запропоновано та обґрунтовано новий фізико-хімічний механізм виникнення спонтанних транзицій. Він полягає у таутомеризації піримідинових основ зміщених пар Оиа-ТЬу і Ade•Cyt
з переходом їх у пари Оиа*-ТЬу і Ade•Cyt* відповідно, індукованої взаємодією з центром розпізнавання правильних пар нуклеотидних основ реплікативних ДНК-полімераз.
Квантово-хімічним дослідженням на рівні теорії МР2/6-311++0^^)//Б3ЬУР/6-311++в^,р) нами виявлено новий фізико-хімічний механізм спонтанного перетворення Вотсон-Криківської пари Ade•Thy у пари за участі мутагенних таутомерів (позначено зірочками) Ade*•Thy і Ade•Thy* через спільний плоско-симетричний перехідний стан з енергією активації 17,38 ккал/моль - іонну пару Ade+•Thy-, охоплену чотирма Н-зв’язками К6Н...04, К6Н...Ш, К+Ш.Ш і К+1Н.02 [11]. Пари
Ade*•Thy і Ade•Thy* мають прийнятні відносні енергії Гіббса та дисоціації (9,94 і 12,43 ккал/моль та 6,06 і
1,61 ккал/моль за стандартних умов відповідно) для пояснення походження спонтанних точкових помилок (транзицій) реплікації ДНК, зумовлених особливостями її електронної будови.
Безпосередня експериментальна перевірка цих підходів [11] фізико-хімічними методами як у живій клітині, так і поза нею ускладнена, м’яко кажучи, через відомі причини принципового характеру, а саме - малу частоту виникнення спонтанних точкових мутацій - 10-9^10-12 у перерахунку на одну пару нуклеотидів ДНК, що синтезується [12]. Залишається чи не єдина можливість - залучити нові модельні уявлення [10, 11] для тлумачення механізмів та характерних особливостей обох типів точкових мутацій - помилок включення та реплікації [7, 13], які індукуються мутагенами, в першу чергу тими із них, які є похідними канонічних нуклеотидних основ [6, 7].
Ця праця започатковує цикл досліджень, присвячених з’ясуванню елементарних фізико-хімічних механізмів дії мутагенів - похідних основ ДНК. Ми спираємося, з одного боку, на класичну таутомерну гіпотезу Вотсона-Крика [1], а з іншого -на мікроструктурні квантово-хімічні моделі, що її конкретизують [10, 11], і прагнемо відповісти на центральне запитання: “яких нових фізико-хімічних властивостей повинна набути канонічна нуклеотидна основа внаслідок її модифікації аби стати мутагеном?”. При цьому ми сповідуємо таку робочу гіпотезу: мутагени, похідні канонічних основ ДНК, мають помітно нижчу енергію таутомеризації, ніж останні, або ж індукують ці властивості у канонічних нуклеотидних основ, з якими вони спарені у подвійній спіралі ДНК.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
Як об’єкт дослідження ми вибрали деякі класичні мутагени - похідні пуринових основ, а саме - 2-амінопурин (2ашРиг), 2,6-диамінопурин (2,6-БашРиг), гідроксиамінопурин (НашРиг) і тіогуанін (6БОиа), феноменологічні ефекти мутагенної дії яких найкраще представлено в літературі [13-19] з-поміж сполук аналогічної будови. Предмет нашого вивчення -фізико-хімічна природа процесів
внутрішньомолекулярної таутомеризації
досліджуваних мутагенів та їхні конформаційні властивості, включаючи структурну нежорсткість. Ця важлива з біологічної точки зору фізична інформація є неодмінною запорукою з’ ясування елементарних фізико-хімічних механізмів їхньої мутагенної дії на ДНК. Для цього нами обрано квантово-хімічний метод дослідження на рівні теорії МР2/6-311++0^Г^)//В3ЬУР/6-311++0^,р), який добре зарекомендував себе для подібного кола задач [20].
Квантово-хімічні розрахунки геометричної та електронної будови досліджуваних об’єктів проведено на рівні теорії DFT В3ЬУР/6-311++0^,р) у вакуумному наближенні, яке для цієї задачі є адекватним [21,22]. При цьому перехідні стани трансформації основ ДНК ідентифікували методом STQN [23, 24]. Усі квантово-механічні розрахунки проведено із використанням програмного пакету “GAUSSIAN03” для платформи '^п32 [26].
Розподіл електронної густини у досліджуваних основах та перехідних станах їхнього перетворення аналізували, використовуючи теорію Бейдера “атомів у молекулах” [27] та хвильові функції, отримані на рівні теорії B3LYP/6-311++G(d,p). Н-зв’язки [27] встановлювали за наявністю критичної точки (3,-1) між двома валентно незв’ язаними атомами. Топологію електронної густини аналізували за допомогою програмного пакету AIM2000 [29],
використовуючи стандартні опції. При цьому енергію внутрішньомолекулярних Н-зв’язків визначали за формулою, запропонованою авторами роботи [30] ЕНВ=0,5У(г), де У(г) - значення локальної потенцальної енергії в критичній точці Н-зв’зку.
Константи швидкості для прямої та зворотної таутомеризації розраховували за формулою
k =Г-
1 гт-г ДG
h
[31], де
Г = 1 + —
24
ґ
Иуі
КГ
V
V В J
множник Вігнера, що враховує тунелювання (позначення ті ж самі, що і в роботі [31]). Середній час життя (час релаксації) т та час напіврозпаду т1/2 обчислювали як т = k-1, т1/2 = т ■ 1п 2 [32].
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Стаття організована у такий спосіб: конформаційні властивості та тісно пов’язані з ними характеристики внутрішньомолекулярної таутоме-ризації мутагенів - модифікованих пуринових основ ДНК - обговорюються для кожної сполуки окремо, причому спочатку досліджуються властивості базових пуринів - аденіну (Ade) і гуаніну ^иа), а потім - їхніх мутагенних похідних. Праця закінчується узагальнюючими висновками. Наголосимо також, що усі значення енергії Гіббса, якими оперують автори, наведені для стандартних умов, а енергії активації Гіббса відповідають переходам із низько-енергетичного стану у високоенергетичний, а не навпаки.
Відомо, що азотисті основи, які мають у своєму складі екзоциклічний С-амінний фрагмент >С^Н2 є структурно-нежорсткими молекулами (про структурну нежорсткість детально див. [33-35]),
інтерконверсія котрих, тобто конформаційне (без розривів хімічних зв’язків) взаємоперетворення самих в себе, здійснюється трьома топологічно і енергетично нееквівалентними шляхами -площинною інверсією амінного фрагмента та двома поворотами аміногрупи №Н2 навколо екзоциклічного зв’язку С^ за і проти годинникової стрілки через плоско-симетричні перехідні стани з суттєво пірамідалізованим амінним фрагментом. Причому у площинному перехідному стані інверсії амінного фрагмента >С-№Н2 екзоциклічний зв’язок С^ скорочується, зв’язки - подовжуються порівняно з рівноважною непланарною конфігурацією, а валентний кут Н№Н стає близьким до 120°. У плоско-
симетричних перехідних станах повертання аміногрупи зв’язок С-К подовжується, зв’язки КЫ -скорочуються, а валентний кут НКЫ помітно відхиляється від 120° - при цьому амінний фрагмент >С-ЫЫ2 сильно пірамідалізується у порівнянні з рівноважною конфігурацією. Все це переконливо свідчить про те, що структурна нежорсткість молекул у даному разі контролюється внутрішньо-молекулярним квантово-хімічним ефектом - р-п-спряженням вільної електронної пари (ВЕП) атома азоту амінного фрагменту з п-електронною системою кільця [36, 37].
Базові молекули - А<іе і виа не “випадають” із цього контексту. Так, нами встановлено, що Ade є
ефективно планарною молекулою (ефективна [33, 34] симетрія С8), інтерконверсія якої здійснюється через два плоско-симетричних перехідних стани (рис. 1) з енергією активації Гіббса 14,34 і 14,57 ккал/моль, а також через площинний перехідний стан з енергією активації 0,06 ккал/моль (результат отримано на рівні теорії ББТ МР2/6-311++0^ад//Б3ЬУР/сс-рУБ2). Збурення основних геометричних параметрів амінного фрагменту С6К6Ы2 такі: довжина зв’язку С6К6 збільшується на 0,072 і 0,074 А, довжини зв’язків К6Ы зменшуються у середньому на 0,011 А порівняно з рівноважною конфігурацією, а валентний кут ЫК6Ы зменшується від 120,4° до 105,8° і 105,9° у перехідних станах ТБ2 і ТБ3 відповідно.
У
те,
1 • Т я- ґі
'в У" V' ч "V V
- Vе' ф V- •
0,06 9 л. ТБ, 14,34 ї ТБз 14,57
т ' V* •
^ - У' 9
, 38,64 Т8в 38,64
У ж
_ -і»
ТБ, 45,28
те
Рис. 1. Інтерконверсія та внутрішньомолекулярна таутомеризація аденіну у основній таутомерній формі та конформаційні перетворення його мутагенного таутомера (тут та на інших рисунках біля кожної структури вказана її відносна енергія Гіббса у ккал/моль за стандартних умов).
У площинному перехідному стані ТБ1 інверсії амінного фрагмента >С-КЫ2 екзоциклічний зв’язок С-N скорочується на 0,005 А, зв’язки КЫ -подовжуються порівняно з рівноважною непланарною конфігурацією на 0,002 А, а валентний кут ЫКЫ стає близьким до 120° і становить 120,9° на відміну від рівноважного стану (118,7°).
У мутагенного таутомера Ade* (Д 0=14,00 ккал/моль) (табл. 1), який можливо спарюється з Суі [41, 42], іміногрупа К6Ы має транс-орієнтацію відносно зв’язку ШС6. Рідкісний таутомер з цис-орієнтацією групи К6Ы (Д0=20,19 ккал/моль), який втрачає мутагенні властивості, оскільки не може помилково спарюватися з Су^ утворюється з мутагенного таутомера двома дзеркально-симетричними конформаційними переходами через ізоенергетичні неплощинні перехідні стани (ТБ5 і ТБ6) (№С6К6Ы=±86,2°) з енергією активації Гібсса 38,64 ккал/моль.
Амінний фрагмент С2К2Ы2 Оиа (рис.2) не можна вважати пірамідальним навіть при Т=0 К, оскільки під бар’єром площинної інверсії (0,37 ккал/моль) не поміщається бодай один (нульовий) коливальний рівень компетентного коливання (542,6 см-1), частота якого набуває уявного значення (і371,1 см-1) у перехідному стані площинної інверсії. Енергії активації Гіббса інтерконверсії Оиа через плоско-симетричні перехідні стани ТБ2 та ТБ3 повертання
аміногрупи (5,40 і 9,14 ккал/моль) з її транс- і цис— орієнтацією відносно зв’язку N1C2 суттєво відрізняються один від одного. Це пояснюється тим, що у першому випадку перехідний стан стабілізується електростатичною взаємодією ВЕП атома N2 з атомом водню при атомі азоту N1 та амінних атомів водню з ВЕП атома азоту N3. У другому випадку ці притягувальні взаємодії змінюються на відштовхування (ВЕП атомів N3 і N2 та амінних атомів водню від атома водню групи N1H), яке дестабілізує перехідний стан. У мутагенного таутомера Gua* ^G=0,13 ккал/моль) (табл. 2), що помилково спарюється з Thy [41, 42], гідроксильна група ОбН знаходиться у цис-орієнтації до зв’язку N1C6. ЇЇ перехід у транс-орієнтацію ^G=0^ ккал/моль) здійснюється двома дзеркально-симетричними шляхами через неплощинні перехідні стани (TS9, TS10) (N1C2N2H1=±16,2o;
N1C2N2H2=±165,6o, N1C60H=±92,4o) з енергією
активації Гіббса 8,25 ккал/моль. Цей таутомер не є мутагенним, оскільки він втрачає здатність спарюватися з Thy. Він має удвічі вищий (0,38 ккал/моль), ніж мутагенний таутомер (0,19 ккал/моль), бар’єр площинної інверсії і ненабагато вищі бар’єри інтерконверсії амінного фрагмента (11,79 і 12,81 ккал/моль), ніж у мутагенного таутомера (11,1б і 11,40 ккал/моль відповідно).
Таблиця І
Основні кінетичні характеристики взаємоперетворення Ade та його похідних
Перехід ДА^ ккал/моль k, c-1 т, c т1/2, c ДG, ккал/моль K
Ade^Ade* 45,58 2,29^10-21 4,3б^1020 3,02^ 1020 14,00 5,40^ 10-11
Ade*^Ade 31,58 4,25^10-11 2,35^1010 1,б34010 -14,00 1,85^ 1010
2amPur^2amPur* 4б,4б 5,1б10-22 1,94 1 021 1,34 1021 21,74 1,14^ 10-14
2amPur*^2amPur 24,73 4,53^Ю-6 2,21105 1,53105 -21,74 1,00102
DamPur^DamPur* 44,9б б,58-10-21 1,52^ 1020 1,05^102и 14,79 1,4110-11
DamPur* ^DamPur 30,1б 4,бб^10-10 2,15^ 109 1,49109 -14,79 7,08^ 1010
HamPur^HamPur* 43,2б 1,1б10-19 8,б41018 5,99^ 1018 б,79 1,0510-5
HamPur* ^HamPur 3б,47 1,1110-14 9,041013 б,27-1013 -б ,79 9,55^10-4
Позначення: ДАО - енергія активації Гіббса переходу; к- константа швидкості; К - стала таутомерної рівноваги; ДО - енергія таутомеризації Гіббса.
Розпочнемо виклад отриманих результатів та їхнє обговорення для НатРиг - мутагена, який з-поміж досліджених сполук продемонстрував найширші конформаційні можливості (рис. 3). З’ясувалося, що ця молекула має два майже ізоенергетичних конформери - з транс-орієнтацією аміногрупи К6Ы відносно зв’язку ШС6 (А01=0) і цис-орієнтацією цієї ж групи відносно того ж зв’язку (А02=0,12 ккал/моль ), кожен з яких, у свою чергу, має дзеркально-
симетричний ізомер, оскільки обидва конформери є непланарними структурами з симетрією С1. їхня неплощинність пов’язана з виходом із площини пуринового кільця екзоциклічного фрагмента К60Н2. Вона має такий характер: для обох конформерів пуринове кільце є планарним - максимальні значення двогранних кутів, що описують його непланарність, не перевищують 1,1°; при цьому атом азоту N6 та атоми водню і кисню, що з ним хімічно зв’язані,
відхиляються у різні боки від площини пуринового кільця (С2ШС6Ш=±175,3; ±176,4°, ШС6ШН=±20,1; ±28,2°, С6К60И=±78,6; ±12,0° (знаки ± відповідають
дзеркально-симетричним ізомерам, що мають тотожні скалярні фізико-хімічні характеристики [43], та наведені для цис і транс-конформерів відповідно)).
Таблиця 2
Основні кінетичні характеристики взаємоперетворення Gua та 6SGua
Перехід AAG, ккал/моль - c k, т, c T1/2, c AG, ккал/моль K
Gua^Gua* 32,17 1,5710-11 6,38-1010 4,42-1010 0,13 0,80
Gua*^ Gua 32,04 1,96-10-11 5,09-1010 3,53 • 1010 -0,13 1,25
TioGua^TioGua * 22,95 9,16-10-5 1,09-104 7,56-103 -3,68 4,98-102
TioGua*^TioGua 26,62 1,84-10-7 5,43-106 3,76-106 3,68 2,01-10-3
Позначення такі ж, як в табл.1
Інтерконверсія дзеркально-симетричних ізомерів відбувається за механізмом площинної інверсії -через планарні (група симетрії Cs) перехідні стани TS1 та TS11. Для цис-конформера 2 енергія активації Гіббса складає 2,35, а для транс-конформера 1 - 0,91 ккал/моль. Оскільки обидві величини перевищують kT=0,62 ккал/моль, а в потенціальній ямі цис-конформера розміщуються щонайменше два коливальних рівні [38] компетентного коливання з частотою 260,8см-1, яке в перехідному стані TS1 стає уявним (і240,1см-1), то його дзеркально-симетричні ізомери, на відміну від ефективно-планарного транс-конформера, є динамічно стійкими, але оптично неактивними [39] структурами. Конформаційний перехід транс^цис відбувається двома парами дзеркально-симетричних шляхів через ізоенергетичні дзеркально-симетричні неплощинні перехідні стани TS7,s(N1C6N6H=±45,10, C6N6OH=±53^, HN6O=
106,00) та TS9,10(N1C6N6H= ± 137,30, C6N6OH=± 62,40, HN6O= 106,30) з енергією активації Гіббса 11,36 та 12,42 ккал/моль відповідно. Цікавою структурною особливістю транс- і цис-конформерів є наявність в них внутрішньомолекулярного Н-зв’язку OH...N1/N7 з енергією 7,08 і 2,34 ккал/моль відповідно; перший із них OH...N1 при площинній інверсії дзеркально-симетричних ізомерів дещо послаблюється (до 6,62 ккал/моль), а другий -OH...N7 суттєво посилюється (від 2,34 до 6,14 ккал/моль).
Очевидно, що із двох конформерів мутагенну дію на ДНК буде чинити цис-аналог 2, оскільки у основній таутомерній формі, коли атом водню локалізований при атомі азоту N6, він комплементарно спарюється з Thy, а його мутагенна форма з атомом водню, про який йшлося вище, приєднаним до атома азоту N1, - помилково
спарюється з цитозином (Cyt) (ці дані детальніше будуть наведені у наступній нашій публікації). Перехід із основної таутомерної форми у мутагенну здійснюється двома дзеркально-симетричними шляхами через ізоенергетичний неплощинний дзеркально-симетричні перехідні стани TS34 з
енергією активації 43,26 ккал/моль (табл. 1), яка близька до аналогічної величини для Ade (45,58 ккал/моль [39]). При цьому мутагенний таутомер має планарну будову; внутрішньомолекулярний Н-зв’язок 0Н...К7 у ньому посилюється більше, ніж удвічі у порівнянні з канонічними таутомерами, сягаючи 4,77 ккал/моль. Окрім того, НашРиг має
низькоенергетичніший (на 3,20 ккал/моль) імінний таутомер з цис-орієнтацією зв’язку N60 відносно зв’язку №Н, який охоплений внутрішньо-молекулярним Н-зв’язком №Н...0 з енергією 5,51 ккал/моль. Він, на відміну від попереднього, не є мутагенним у вищезгаданому сенсі, оскільки не може неправильно спарюватися з Су^ утворюючи пару, квазіізоморфну Вотсон-Криківським. Низькоенергетичніший імінний таутомер НашРиг перетворюється у мутагенний двома дзеркально-симетричними шляхами через пару ізоенергетичних, неплощинних перехідних станів ТБ5>6 (ШС6^0=±91,3°;
С6^0Н=±105,8°) з доволі великою енергією активації Гіббса 47,79 ккал/моль. НашРиг має значно меншу енергію таутомеризації із основного стану у мутагенний (6,79 ккал/моль), ніж Ade (14,00 ккал/моль), а також значно більший час життя мутагенного таутомера (9,04-1013 с і 2,35-1010с відповідно), ніж аналогічний таутомер Ade. Це дозволяє якісно пояснити мутагенні властивості НашРиг зміною цих двох фізично взаємозв’язаних характеристик у порівнянні з канонічною основою ДНК - Ade.
Як і в Ade, доволі високий енергетичний бар’єр внутрішньомолекулярної таутомеризації НашРиг
зумовлений відсутністю внутрішньомолекулярного Н-зв’язку, у якому бере участь протон, що мігрує, упродовж всього процесу таутомеризації - від початку і до його завершення. Щоб підкріпити цей висновок числовими даними, ми розрахували бар’єр внутрішньомолекулярної таутомеризації у обох
конформерах НашРиг за рахунок перенесення гідроксильного атома водню, втягнутого у
внутрішньомолекулярний Н-зв’язок з атомами N7^1. Виявилося, що у випадку цис-конформера він складає
24,05 ккал/моль, а для транс-конформера - лише 13,76 перенесення протону [8], як у початкових структурах
ккал/моль, тобто значно менше, ніж у розглянутому (2,34 і 7,08 ккал/моль), у їхніх перехідних станах
вище випадку біологічно значущої таутомеризації. Це TS2>12(22,73 і 43,02 ккал/моль), так і у кінцевих
пояснюється тим, що у даному разі гідроксильний структурах (6,05 і 5,12 ккал/моль) (в дужках подано
протон, що мігрує, втягнутий у внутрішньо- енергії відповідних Н-зв’язків).
молекулярний Н-зв'язок, який є ефективним каналом
1 с 1 т* Г *■* о
^ 4<5 ^ ~ ^6.7.в ^ ь* TS9il0
у Y"* ? Y^"f
1? *- *
Gua 0,00 Gua 0,00 Gua* 0,13 Gua* 0,13
_ ’^ll.12,13
Гч #-4.
у ж v у * y
4 4 4 і
Gua* 0,36 (iua* 0,36
J f p., f-..
.V'T'V T* f-W
■ у v T- у -• і >-
‘ * • ‘ Jfz . :$*,-*» ► *= - Tr^K*~
TS, 0.37 TS, 5.40 Ts., 9.14 TS, 32.17 TS, 32.17
r* r* $ *
_/VS ^T>>>T
' y ~ ' у v > ' У » T- * » *
TS6 0.19 TS7 11,16 TS8 11.40 TS„ 8.25 TS,„ 8.25
*4
*yS
V^V^V • • • 41
ТБ,, 0.38 Т8іг 11.79 ТБ,, 12.81
Рис. 2. Інтерконверсія гуаніну у основній та мутагенній таутомерних формах, внутрішньомолекулярна таутомеризація та конформаційні перетворення його мутагенного таутомера.
./V /V
/Ц > « ^ ' 'т < 5 ЇЖ* ТБ,, А^тб. ►_ т < т ч-і
У"у ^ « У ' У лґ - і »
-'*Ч^йҐ
2 0,12 2 0,12 НатРиг 26,76 НатРиг* 6,91
и >Л V, •у*.
. Т58д10 ~ < ► Г ч Лі •—ч. 1\ Г-- V •-Ч. &.
ш І
V 1^* г^И
НатРиг* 3,71 1 0,00 1 0,00 НатРиг* 13,06
ҐУ л* V V
КТГІ ►Аг І
ш уА^^А. 9
• Л Vі
ТБ, 2,47
ТБ, 24,17
у
^ "у У
' * З*'
Т5, 51,50 ТБ, 51,50
~Ггї
•
ТБ, 12,42 Т5|0 12,42
ТБ, 43,38
л
>—V
і
т
ТБ- 11,36
*іЛ
І
ТБ,, 0,91
ТБ, 43,38
л
-<Л- >
Т5Х 11,36
Уі
*
ТБ,, 13,76
Рис. 3. Конформаційні перетворення ИашРиг у основній та мутагенній таутомерних формах та внутрішньомолекулярна таутомеризація ИашРиг (пунктиром позначено внутрішньомолекулярні Н-зв’язки).
Рис. 4. Інтерконверсія 2АшРиг у основній та мутагенній таутомерних формах, внутрішньомолекулярна таутомеризація та конформаційні перетворення його мутагенного таутомера.
Особливістю просторової будови 2АтРиг (рис.4) є наявність двох дзеркально-симетричних ізомерів (симетрія С1), причиною яких є неплощинна будова амінного фрагмента >С2К2И2 (№С2№И1=±15,1°; ШС2№И2=±165,7°). Розрахунок показує, що їхня інтерконверсія відбувається за механізмом площинної інверсії через планарний (симетрія С8), перехідний стан ТБ1 з енергією активації Гіббса 0,05 ккал/моль, а також через два непланарні перехідні стани ТБ2>3 з енергіями 10,80 та 11,71 ккал/моль. Одначе, оскільки в потенціальних ямах дзеркально-симетричного потенціалу не може розміститися бодай один (нульовий) коливальний рівень компетентного коливання при 354,8 см-1, частота якого стає уявною (і 251,4 см-1) у перехідному стані ТБ1, то ця молекула є ефективно [33, 34] планарною.
Доведено, що її внутрішньомолекулярна таутомеризація з утворенням мутагенного таутомера, який може помилково спарюватися з Су! (див. наступні наші публікації), відбувається у два етапа, причому перший етап власне перенесення протону є лімітуючим. Спочатку відбувається перенесення одного із протонів аміногрупи, який “дивиться ” в бік атома азота N1, на останній через площинний перехідний стан ТБ4 з енергією активації Гіббса 46,46 ккал/моль у високо-
енергетичний таутомер з відносною енергією 21,74 ккал/моль.
Потім повертанням аміногрупи =№Н навколо подвійного зв’язку С2=К2 двома дзеркально-симетричними шляхами (над і під) площиною пуринового кільця через ізоенергетичні, непло-щинні (С6ШС2№=±170,1°, №С2ШН=±86,6°,
С5С6ШС2=±2,4°), дзеркально-симетричні перехідні стани ТБ5>6, у яких аміногрупа лежить у площині, ортогональній до площини пуринового кільця, з енергією активації Гіббса 22,98 ккал/моль у кінцевий мутагенний таутомер з відносною
енергією 28,03 ккал/моль. Оскільки енергія
таутомеризації 2АшРиг (28,03 ккал/моль) перевищує аналогічну енергію для А<іе (14,00 ккал/моль) більше, ніж удвічі (стала таутомерної рівноваги складає при цьому 1,14-10-14, що на 2-5 порядків менше, ніж частота спонтанних точкових мутацій [12]), то це означає, що треба шукати інший, аніж стандартний таутомерний механізм мутагенної дії 2АшРиг. Цьому надзвичайно важливому з
біологічної точки зору питанню буде присвячено одну із наших наступних праць.
2,б-БашРиг. Обидва амінні фрагменти цієї молекули у 2-му і 6-му положеннях є пірамідальними (№С6К6Н1=±10,1°; №С6К6Н2=±171,3°; ШС2№И1=±17,8°; №С2ШН2=±164,4°) і
зорієнтовані відносно площини пуринового кільця у різні боки від нього (рис. 5). В результаті цього її рівноважна структура 2, що відповідає глобальному
мінімуму на гіперповерхні потенціальної (електронної) енергії, є непланарною (симетрія С1) і має два дзеркально-симетричних ізомери.
Рис. 5. Інтерконверсія 2,6-ВАшРиг у основній та мутагенній таутомерних формах, внутрішньомолекулярна таутомеризація та конформаційні перетворення його мутагенного таутомера.
У У 'Г' 'Г"
Лч УЛ;^ Vlb *" - ті
у - г' у ^ У' у * у' у * у
9.10.11.12
"SGua 4,71
t*+
“SGua 4,71 *----к.
"SGua* 1,03 ‘SGua* 1,03
TS,
*^y4>Y Ґ*. ^
‘SGua* 0,00 t
•"Ч * *
w- Jfr w
TS, 5,03 t~*
у v r
TS6 1,10
«^сґх.
r^T
I
TS„ 7,31
V
TS: 9,94
4^
“SGua 0,00
у у
rtV ^
ул >■^ ^ •'Vw- V у ^ V
» ^ 4 ® A
TS, 13,66 TS4 27,66
V- *
fyN чЛУ'т лт^т
^ "yKs у ~уКґ y
--*=. *• y* ^
TS7 12,51 TSs 11,95 TS9 7,30 TS10 7,30
TS, 27,66
lr
*^T
J
у - Г' у ж v
-5н
TS„ 7,31 TSI? 0,03
V
•f ^ Ч
V ^ ^
J*=
у * 'I
v
TS,
11,02
TS,< 11,98
Рис. 6. Інтерконверсія 6SGua у основній та мутагенній таутомерних формах, внутрішньомолекулярна таутомеризація та конформаційні перетворення його мутагенного таутомера.
їхня інтерконверсія відбувається у два етапи, локально сплощений перехідний стан TS123 (інший
кожному з яких відповідає локальна площинна амінний фрагмент при цьому практично не змінює
інверсія амінного фрагмента (розрахунок на рівні своєї пірамідальної будови) - утворюється структура з
теорії MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/cc-pVDZ). майже однаковою енергією 1, амінні фрагменти якої
Спочатку інверсує один із амінних фрагментів через “дивляться” відносно площини пуринового кільця в
один бік. Другий етап інтерконверсії подібний першому за тією лише різницею, що він стосується іншого амінного фрагмента. Проте, по тій же причині, що і у випадку 2AmPur, 2,6-DamPur слід вважати ефективно-планарною молекулою з ефективною симетрією Cs. Цікаво, що у порівнянні з 2AmPur енергія активації Гіббса повороту аміногрупи у положенні 2 в цис- орієнтацію відносно зв’зку C2N3 зменшується на 0,79 ккал/моль, а аналогічна величина для транс-орієнтації збільшується на 0,24 ккал/моль.
Зрозуміло, що мутагенні властивості 2,6-DamPur пов’язані з наявністю у його складі амінного фрагмента у положенні 2. Проте, як і у випадку 2AmPur, вони принципово не можуть знайти свого логічного пояснення в традиційних рамках таутомерної гіпотези Вотсона-Крика за тими ж самими причинами. Зазначимо лишень у цьому контексті, що таутомеризація 2,6-DamPur за участі амінного фрагмента у положенні 6 близька до аналогічного процесу в Ade, а його таутомеризація за участі іншого амінного фрагмента у положенні 2 практично повторює той же процес у 2amPur.
6SGua. Можливі мутагенні властивості цієї молекули логічно пов’язати із її полегшеною порівняно з Gua таутомеризацією: мутагенний,
енольний таутомер 6SGua є на 3,68 ккал/моль вигідніший, ніж канонічна таутомерна форма. Цим фактом можна пояснити як помилки включення, що їх продукують мутагенні таутомери, спарюючись із Thy, так і помилки реплікації за механізмом Льовдіна [3], оскільки пари Льовдіна 6SGua*-Cyt* очікуються вигіднішими, аніж аналогічні пари Gua*-Cyt. Іншими словами, при реплікації ДНК вбудований у її структуру 6SGua буде забезпечувати помітно вищу концентрацію мутагенних таутомерів 6SGua* і Cyt*, ніж Льовдінівська пара Gua*-Cyt*.
Внутрішньомолекулярна таутомеризація 6SGua (рис. 6) відбувається за тим же механізмом, що і Gua [39], з тією лише різницею, що у перехідних її станах (TS5 та TS6) відсутній внутрішньомолекулярний Н-зв’язок. Оскільки 6SGua, на відміну від інших нуклеотидних основ з аміногрупою, є непланарною молекулою при Т=0К, то його
внутрішньомолекулярна таутомеризація відбувається двома дзеркально-симетричними шляхами через ізоенергетичні, неплощинні, дзеркально-симетричні перехідні стани TS2 та TS3 з енергіями 5,23 та 8,95 ккал/моль відповідно, а також через площинний перехідний стан TS1 з енергією 0,32 ккал/моль (табл.2, рис.6).
Цікаво, що енергія активації Гіббса анізотропних поворотів аміногрупи у цис- і транс-положення відносно зв’язку N1C2 для канонічних таутомерів Gua (5,40 і 9,14 ккал/моль) і 6SGua (5,23 і 8,95 ккал/моль відповідно) майже збігаються. У мутагенних же таутомерних формах вони суттєво різняться: маємо
11,40 і 11,16 ккал/моль для Gua* і значно менше -7,24 і 7,80 ккал/моль для 6SGua*.
ВИСНОВКИ
Вперше на рівні теорії MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/6-311++G(d,p) досліджено конформаційне різноманіття та фізико-хімічний механізм внутрішньомолекулярної таутомеризації низки класичних мутагенів, що є похідними пуринових основ ДНК. Показано, що оскільки їхні мутагенні таутомери мають значний час життя (у порівнянні з характерним часом елементарного акту біосинтезу ДНК [44]), то на них формально може бути поширена таутомерна гіпотеза Вотсона і Крика [1]. У цьому зв’язку цілком логічно пов’язати мутагенні властивості HamPur і 6SGua з їхньою полегшеною здатністю у порівнянні з канонічними основами Ade і Gua переходити у мутагенну таутомерну форму. Водночас для 2AmPur і DamPur треба шукати пояснення їхньої мутагенної активності за межами таутомерної гіпотези у класичному її розумінні, оскільки вони у порівнянні з Ade демонструють значно гіршу здатність переходити у мутагенну таутомерну форму.
Література
1. Watson J.D., Crick F.H.C. The structure of DNA//Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol.- 1953 .-Vol.18.- P. 123-131.
2. Topal M. D., Fresco J.R. Complementary base pairing and the origin of substitution mutations // Nature. - 1976. - Vol.263.-P.285-289.
3. Lowdin P.-O. Effect of Proton Tunneling in DNA on Genetic Information and Problems of Mutations, Aging, and Tumors // Biopolymers Symposia. - 1964. - Vol.1. - P.161-181.
4. Sinha N.K., Haimes M.D. Molecular mechanisms of substitution mutagenesis. An experimental test of the Watson-Crick and Topal-Fresco models of base mispairs//J. Biol. Chem. - 2000. -Vol. 256, N 20.- P.10671-10683.
5. Boosalis M. S., Mosbaugh D. W., Hamatake R., Sugino A., Kunkel T. A., Goodman M.F. Kinetic analysis of base substitution mutagenesis by transient misalignment of DNA and by miscoding // J. Biol. Chem. - 1989. - Vol.264, N19.
- P. 11360-11366.
6. Auerbach C. Mutations research. Problems, results and perspectives. - London: Chapman and Hall, 1976. - 263p.
7. Дубинин Н.П. Потенциальньїе изменения в ДНК и мутации.
- М.: Наука, 1978. - 246с.
8. Gorb L., Podolyan Y., Dziekonski P., Sokalski W.A., Leszczynski J. Double-proton transfer in adenine-thymine and guanine-cytosine base pairs. A post-Hartree-Fock ab initio study // J.Am. Chem. Soc. - 2004. - Vol.126, N 32. - P. 10119-10129.
9. Danilov V.I., Anisimov V.M., Kurita N., Hovorun DM. MP2 and DFT studies of the DNA rare base pairs: the molecular mechanism of the spontaneous substitution mutations conditioned by tautomerism of bases//Chem. Phys.Letters. -2005.- Vol.412.- P.285-293.
10. О.О.Броварець, ДМ.Говорун Фізико-хімічний механізм перетворення зміщених пар основ ДНК Gua-Thy і Ade-Cyt у пари за участі мутагенних таутомерів Gua*-Thy і Ade-Cyt* // Ukrainica Bioorganica Acta. - 2009. - N2.- С.12-18.
11. О.О.Броварець, ДМ.Говорун Новий фізико-хімічний механізм перетворення Вотсон-Криківської пари основ
ДНК Ade-Thy у пари за участі мутагенних таутомерів Ade*-Thy і Ade^Thy*// Ukrainica Bioorganica Acta. -(друкується).
12. Fowler R. G., Degnen G. E., Cox E. C. Mutational specificity of a conditional Escherichia coli mutator, mutD5 // Mol. Gen. Genet. - 1974. - Vol.133, N 3.- P. 179-191.
13. Freese E. The difference between spontaneous and base-analogue induced mutations of phage T4 // Proc. Natl. Sci. USA.
- 1959. -Vol.45. - P.622-633.
14. Vigier P. R. R., Marcovich H. 2-Aminopurine induced mutations in T4 bacteriophage // Molec. Gen. Genet. -1973. - Vol.127, N4.
- P.317- 325.
15. Pitsikas P., Patapas J. M., Cupples C. G. Mechanism of 2-aminopurine-stimulated mutagenesis in Escherichia coli // Mut. Res./Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis.
- 2004. - Vol.550, N 1-2. - P. 25-32.
16. Freese E.B.The specific mutagenic effect of base analogues on Phage T4 // J. Mol. Biol. -1959. - Vol.1, N2. - P.87-105.
17. Freese E.B. The mutagenic effect of hydroxyaminopurine derivatives on phage T4 // Mutat Res. - 1968. - Vol.5, N2. -P.299-301.
18. Stepchenkova E.I, Kozmin S. G., Alenin V.V., Pavlov Y. I. Genome-wide screening for genes whose deletions confer sensitivity to mutagenic purine base analogs in yeast // BMC Genet. - 2005. - Vol.6. - P.31-42.
19. Rubin Yu.V., Blagoi Yu.P., Bokovoy V.A. 6-Thioguanine luminescence probe to study DNA and low-molecular-weight systems // J. Fluor. - 1995. - Vol.5, N3. - P.263-272.
20. Matta C. F. How dependent are molecular and atomic properties on the electronic structure method? Comparison of Hartree-Fock, DFT, and MP2 on a biologically relevant set of molecules // J. Comput. Chem. -2010. - Vol.31, N б. - P.1297-1311.
21. Dewar M.J.S., Storch DM. Alternative view of enzyme reactions //Proc.Natl.Acad.Sci.USA. - 1985. - Vol.82. - P.2225-2229.
22. Petrushka J., Sowers L.C., Goodman M.F. Comparison of nucleotide interactions in water, proteins, and vacuum: model for DNA polymerase fidelity //Proc.Natl.Acad.Sci.USA. - 1986. -Vol.83. - P.1559-1562.
23. Peng C., Schlegel H.B. Combining synchronous transit and quasi-newton methods to find transition states // Israel J. Chem. -1993. - Vol.33, N4. - P. 449-454.
24. Peng C., Ayala P.Y., SchlegelH.B., Frisch M.J. Using redundant internal coordinates to optimize equilibrium geometries and transition states // J. Comput. Chem. - 1996. - Vol. 17, N1.
- P. 49-56.
25. Boys S. F., Bernardi F. The calculation of small molecular interactions by the differences of separate total energies. Some procedures with reduced errors // Mol. Phys.-1970.-Vol.19, N4.-P.553-566.
26. Gaussian 03, Revision С. 02, Frisch M. J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Montgomery Jr. J.A., Vreven T., Kudin K.N., Burant J.C., Millam J.M., Iyengar S. S., Tomasi J., Barone V., Mennucci B., Cossi M., Scalmani G., Rega N., Petersson G.A., Nakatsuji H., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Klene M., Li X., Knox J.E., Hratchian H.P., Cross J. B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A. J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Ayala P.Y., Morokuma K., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J. J., Zakrzewski V.G., Dapprich S., Daniels A.D., Strain M.C.,
Farkas O., Malick D.K., Rabuck A.D., Raghavachari K., Foresman J. B., Ortiz J.V., Cui Q., Baboul A.G., Clifford S., Cioslowski J., Stefanov B.B., Liu G., Liashenko A., Piskorz P., Komaromi I., Martin R. L., Fox D. J., Keith T., Al-Laham M.A., Peng C.Y., Nanayakkara A., Challacombe M., Gill P.M.W., Johnson B., Chen W., Wong M.W., Gonzalez C., and Pople J.A./Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004.
27. Bader R.W.F. Atoms in molecules. A quantum theory. -Oxford: Calendon Press, 1990.- 436 p.
28. Водородная связь. Ред. Соколов Н. Д., Чулановский В. М. -М.: Наука. - 1964. - 340с.
29. Biegler-Konig F., Schonbohm J., Bayles D. Software news and updates. AIM2000 - a program to analyze and visualize atoms in molecules // J. Comput. Chem. - 2001. - Vol.22, N5.
- P. 545-559.
30. Espinosa E., Molins E., Lecomte C. Hydrogen bond strengths revealed by topological analyses of experimentally observed electron densities // Chem. Phys. Lett.-1998.-Vol.285.
- P.170-173.
31. Morpurgo S., Bossa M., Morpurgo G.O. Ab initio study of intramolecular proton transfer reactions in cytosine // Chem. Phys. Lett. - 1997. - Vol.280, N 3-4. - P.233-238.
32. Marshall A.G. Biophysical chemistry, principles, techniques and applications. - Moscow: Mir, 1981. - 358p.
33. HovorunD.M., Gorb L., Leszczynski J. From the nonplanarity of the amino group to the structural nonrigidity of the molecule: a post-Hartree-Fock ab initio study of 2-aminoimidazole // Intern. J. Quant.Chem. - 1999. - Vol.75. - P.245-253.
34. Говорун Д.М., Кондратюк І.В. Анізотропія обертальної рухливості аміногрупи в канонічних нуклеотидних основах // Доповіді НАН України. -199б.-№ 10.- С.152-155.
35. Bludsky O., Sponer J., Leszczynski J., Spirko V., Hobza P. Amino groups in nucleic acids bases, aniline, aminopyrydines, and aminotriazine are nonplanar: results of correlated ab initio quantum chemical calculations and anhamonic analysis of the aniline inversion motion // J. Chem. Phys. - 1996. - Vol.105, N24. - P.11042-11050.
36. Долинная Н.Г., Громова Е.С. Комплементационные взаимодействия олигонуклеотидов // Успехи химии. -1983.
- Т. LII, Вып.1. - С.138-167.
37. Долинная Н.Г., Грязнова О.И. Комплексы
олиго(поли)нуклеотидов со структурными аномалиями // Успехи химии. - 1989. - Т. LVIII, Вып. 8. - С.1318-1353.
38. Грибов В.Д. Квантовая химия: Учебник для студентов химических и биологических специальностей высших учебных заведений. - М.: Гардарики, 1999.- 387 с.
39. Кизель В.А. Оптическая активность и диссиметрия живых систем // УФН -1980. - Т. 131, N2. - С 209-237.
40. Броварець О.О., Говорун Д.М. Наскільки стійкими структурами є мутагенні таутомери основ ДНК? // Biopolymers and Cell.-2010.-N1.-С.72-76.
41. Hrouda V., Florian J., Hobza P. Structure, energetics, and harmonic vibrational spectra of the adenine-thymine and adenine*-thymine* base pairs: gradient nonempirical and semiempirical study // J. Phys. Chem. - 1993. - Vol.97, N8. -P.1542-1557.
42. Florian J., Hrouda V., Hobza P. Proton transfer in the adenine-thymine base pair // J. Am. Chem. Soc. - 1994. - Vol.116, N4. -P.1457-1460.
43. Говорун Д.М., Данчук В.Д., Міщук Я.Р., Кондратюк ІВ., Радомський М.Ф., Желтовський М.В. Дзеркально-
симетричт конформащйт стани канотчних нуклеотидних 45. Tang M., Shen X., Frank E. G., O ’Donnell M., Woodgate R., основ // Доповіді АН України.-1992.-№.-С.66-69. Goodman M. F. UmuD’(2)C is an error-prone DNA
44. Pham P., Bertram J. G., O ’DonnellM., Woodgate R., Goodman polymerase. Escherichia coli pol V // Proc Natl Acad Sci USA -
M. F. A model for SOS-lesion-targeted mutations in Escherichia 1999. - Vol. 96. - P. 8919-8924.
coli // Nature. - 2001. - 408. - P. 366-370.
ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНАЯ ТАУТОМЕРИЗАЦИЯ И КОНФОРМАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ НЕКОТОРЫХ КЛАССИЧЕСКИХ МУТАГЕНОВ-ПРОИЗВОДНЫХ ПУРИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ ДНК: КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Броварец О. О., Говорун Д. Н.
Впервые на уровне теории MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/6-311++G(d,p) исследовано конформационное разнообразие, в том числе структурная нежёсткость, и физико-химический механизм внутримолекулярной таутомеризации ряда классических мутагенов - производных пуриновых оснований ДНК. Показано, что поскольку их мутагенные таутомеры имеют значительное время жизни (в сравнении с характерным временем элементарного акта биосинтеза ДНК), то на них формально можно распространить таутомерную гипотезу Уотсона и Крика. В связи с этим вполне логично связать мутагенные свойства гидрокисаминопурина и 6-тиогуанина с их облегченной способностью в сравнении с каноническими основаниями аденина и гуанина, соответственно, переходить в мутагенную таутомерную форму. В то же время для 2-аминопурина и 2,6-диаминопурина нужно искать объяснения их мутагенной активности за пределами таутомерной гипотезы в классическом ее понимании, так как они в сравнении с аденином имеют значительно худшую способность переходить в мутагенную таутомерную форму.
Ключевые слова: индуцированные точечные мутации ДНК, производные канонических нуклеотидных оснований, аналоги пуриновых оснований, внутримолекулярная таутомеризация, переходное состояние, энергия активации Гиббса, время жизни, конформационные свойства, структурная нежёсткость, анализ топологии электронной плотности, ab initio.
INTRAMOLECULAR TAUTOMERISATION AND THE CONFORMATIONAL VARIABILITY OF SOME CLASSICAL MUTAGENS- DNA PURINE BASES DERIVATIVES: QUANTUM CHEMICAL STUDY
Brovarets’ O. O., Hovorun D. M.
For the first time at the MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/6-311++G(d,p) level of theory it is investigated conformational variety including structural non-rigidity and the physico-chemical mechanism of intramolecular tautomerisation of number of set classical mutagens which are the DNA purine bases derivatives. It is shown that so far as their mutagenic tautomers have considerable lifetime (in comparison with the characteristic time of the elementary act of DNA biosynthesis) so it is formally possible to extend Watson-Crick tautomeric hypothesis to them. In this connection it is quite logical to connect mutagenic properties of the hydoxyaminopurine and 6-tioguanine with their facilitated ability in comparison with canonical bases adenine and guanine, accordingly, to pass at the mutagenic tautomeric form. At the same time for 2-aminopurine and 2,6-diaminopurine it is necessary to search explanation of their mutagenic activity outside of tautomeric hypothesis in the classic its understanding as they in comparison with adenine have considerably the worst ability to pass at the mutagenic tautomeric form.
Key words: induced point mutations of DNA, derivatives of the canonical nucleotide bases, analogues of the purines, intramolecular tautomerisation, transition state, Gibbs free energy of activation, the lifetime, conformational properties, structural non-rigidity, analysis of the electron density topology, ab initio.
