1.3.2. Конформации нуклеозидов
Конформация нуклеозидов и нуклеотидов определяется взаимным влиянием конформаций трех частей молекулы: фуранозного цикла, гликозидной связи и экзоциклической 5'-СH2OR-группы
Пятичленное фуранозное кольцо обычно непланарно. Оно может принимать конформацию, подобную конверту, в которой четыре атома из пяти находятся в одной плоскости, а один атом выходит из нее на расстояние до 0,5 Å, такие конформации называют E (от англ. envelope). Все остальные конформации называют скрученными, или твист-конформациями (T, от англ. twist). В них любые два соседних атома смещены в разные стороны от плоскости, в которой находятся три оставшихся атома сахарного кольца (рис. 1.12). В обоих случаях атомы, выходящие из плоскости в ту же сторону, что и атом С5', называют эндо-атомами, а атомы, смещенные в противоположную сторону, экзо-атомами.
Рис. 1.12. Конформации фуранозного цикла рибозы
а - Е- и Т-конформации,
б - Е-конформация (С3'-эндо и С2'-эндо),
в - переход конформаций С2'-экзо в С3'-эндо через промежуточную С2'-экзо, СЗ'-эндо (Т) конформацию
Фуранозное кольцо находится в основном в двух конформациях: С3'-эндо и С2'-эндо. В растворе между этими конформациями поддерживается динамическое равновесие. Быстрый переход от одной конформации к другой происходит с образованием промежуточной О4'-эндо-конформации.
Любой переход между E-конформациями можно представить как результат перемещений, при каждом из которых пара сосоедних атомов изменяет свое положение относительно полоскости, образованной тремя остальными атомами фуранозного цикла. Атом, выступающий из плоскости в исходной E-конформации, перемещается в направлении этой плоскости, а соседний атом синхронно перемещается в том же направлении от плоскости. Экзо-конформация переходит в эндо-, а эндо-конформация – в экзо-, и перемещение заканчивается образованием новой E-конформации. Такой переход называют псевдовращением.
Для ДНК характерны две основные конформации сахарного кольца: С3'-эндо и С2'-эндо (или ее разновидность – С3'-экзо-конформация), переход между которыми определяется активностью молекул воды окружающей среды, а для РНК всегда наблюдается С3'-эндо-конформация в моносахаридных компонентах.
В зависимости от взаимной ориентации гетероциклического основания и фуранозного кольца рибозы, т.е. от величины угла вращения вокруг N-гликозидной связи в нуклеозидах различаются две основные конформации – син и анти. Они определяются торсионным углом χ для системы атомов О4'-С1'-N9–С4 у пуриновых и О4'-С1'-N1–С2 у пиримидиновых производных. Торсионный угол χ определяет, какая часть гетероцикла оказывается над плоскостью фуранозного кольца, а какая повернута в сторону от него.
Рис. 1.13. Конформации гетероциклов относительно фуранозного кольца рибозы:
а - анти- и б - син-конформации.
В анти-конформациях шестичленное кольцо пурина и атом О2 пиримидина направлены от сахара, тогда как в син-конформациях более объемные фрагменты гетероциклов нависают над кольцом либо направлены в его сторону (рис. 1.13). Син-конформациям соответствуют значения угла χ от 0 до 110°, анти-конформациям – от -70° до -180°. Пиримидиновые нуклеозиды, как правило, находятся в анти-ориентации с С3'-эндо-конформацией рибозы и С2'-эндо-конформацией дезоксирибозы. В случае пуриновых нуклеозидов анти- и син-конформации встречаются одинаково часто, если сахар пребывает в С2'-эндо-конформации. В случае конформации сахара С3'-эндо равновесие сдвигается в сторону анти-конформации. В растворе между син- и анти-конформациями наблюдается быстрый равновесный переход. Син-конформация стабилизируется взаимодействием О5'-H...N3 (пурины) и О5'-Н...О2 (пиримидины), а также наличием объемных заместителей при атомах С8 (в пуринах) и С6 (в пиримидинах). В составе нуклеиновых кислот анти-конформации гетероциклов являются предпочтительными, хотя описаны случаи, когда гуанозин в нуклеиновых кислотах находится в син-конформации. Эта конформация характерна и для модифицированных оснований с объемными заместителями (например, метильная группа или атом брома) в положении 6 у пиримидинов или положении 8 у пуринов.
Экзоциклическая 5-CH2OH-группа в своем вращении вокруг С4–C5-связи может занимать три устойчивых положения (скошенные конформации), представленных на рис. 1.14. Наиболее устойчивым в растворе является гош+ ротамер.
Рис. 1.14. Стабильные конформации (ротамеры) относительно С4'–C5'-связи.
Анти-(С2-эндо)-гош+-конформер является основой двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты, а анти-(С3-эндо)-гош+ – основой двуспиральных участков рибонуклеиновых кислот.
Достарыңызбен бөлісу: |
