Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин
Вивчено УФ спектри поглинання у зневодненому ДМСО гіпоксантину, ксантину, їхніх нуклеозидів та низки метилпохідних і простежено їхні зміни при взаємодії з нейтральною та депротонованою карбоксильною групою амінокислот, Напівемпіричним квантовохімічним методом MNDO/H показано, що взаємодія з карбокси...
Saved in:
| Published in: | Біополімери і клітина |
|---|---|
| Date: | 2001 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2001
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154335 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин / А.В. Степанюгін, І.М. Коломієць, А.Л. Потягайло, С.А. Тригубенко, Т.В. Богдан, С.П. Самійленко // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 1. — С. 43-60. — Бібліогр.: 57 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860207386421100544 |
|---|---|
| author | Степанюгін, А.В. Коломієць, І.М. Потягайло, А.Л. Тригубенко, С.А. Богдан, Т.В. Самійленко, С.П. |
| author_facet | Степанюгін, А.В. Коломієць, І.М. Потягайло, А.Л. Тригубенко, С.А. Богдан, Т.В. Самійленко, С.П. |
| citation_txt | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин / А.В. Степанюгін, І.М. Коломієць, А.Л. Потягайло, С.А. Тригубенко, Т.В. Богдан, С.П. Самійленко // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 1. — С. 43-60. — Бібліогр.: 57 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Біополімери і клітина |
| description | Вивчено УФ спектри поглинання у зневодненому ДМСО гіпоксантину, ксантину, їхніх нуклеозидів та низки метилпохідних і простежено їхні зміни при взаємодії з нейтральною та депротонованою карбоксильною групою амінокислот, Напівемпіричним квантовохімічним методом MNDO/H показано, що взаємодія з карбоксилат-іоном фіксує гіпоксантин у рідкісній енольній формі та зміщує таутомерну рівновагу N7H ↔ N9H ліворуч, а у випадку ксантину провокує перехід N7H→ N9H, котрий блокується метилзаміщенням основи в положенні 3. Суттєву зміну УФ спектрів ксантину, 3-метилксантину, 9-метилксантину та ксантозину при взаємодії з карбоксилат-іоном зумовлено значним внеском перенесення протона в утворення комплексів від основи до ліганду, причому 9-метилксантин та ксантозин виявилися частково депротонованими вже за рахунок розчинника. Встановлено, що метилзаміщення положення 7 у 7-метилінозині та 7-метилксантозині призводить до практичної відсутності взаємодії з карбоксилат-іоном та виникнення нової здатності утворювати міцні комплекси з нейтральною карбоксильною групою. Заміщення групи С8Н на N у 8-azaXan не змінює специфічності взаємодії цієї основи з двома формами карбоксильної групи.
Изучены УФ спектры поглощения в обезвоженном ДМСО гипоксантина, ксантина, их нуклеозидов и ряда метилпроизводных, а также прослежены их изменения при взаимодействии с нейтральной и депротонированной (карбоксилат-ион) карбоксильной группой аминокислот Полу эмпирическим квантовомеханическим методом показано, что взаимодействие с карбоксилат-ионом фиксирует Hyp в редкой енольной форме и смещает таутомерное равновесие N7H ↔ N9H влево, а в случае Xan провоцирует переход N7H →N9H, блокируемый его метилзамещением в положении N3. Значительное изменение УФ спектров Xan, m³Xan, m⁹Хаn и X при взаимодействии с карбоксилат-ионом обусловлено существенным вкладом переноса протона от основания к лиганду в образование комплекса, при этом ⁹Хаn и X оказались частично депротонированными уже за счет растворителя, установлено, что метилзамещение положения N7 в m⁷1 и m⁷X приводит к практическому отсутствию взаимодействия с карбоксилат-ионом и возникновению новой способности образовывать комплексы с нейтральной карбоксильной группой Замещение группы С8Н на N в 8-azaXan не изменяет специфичности взаимодействия этого основания с двумя формами карбоксильной группы.
UV absorption spectra of hypoxanthine, xanthine, their nucleosides and a number of their methyl derivatives were studied in anhydrous DMSO, and the spectral changes under the interaction with neutral and deprotonated (carboxylate-ion) amino acid carboxylic group were traced. By the semi-empirical quantum-chemical method MNDOlH it was shown, that the interaction with carboxylate-ion fixes Hyp in the rare enolic form and shifts the N7H ↔ N9H tautomeric equilibrium to the left while in the case of Xan provokes the N7H→N9H transition, which is blocked up by its methyl substitution at the position N3. Significant changes in the UV spectra of Xan, m³Xan, m⁹Xan and X under the interaction with carboxylate-ion are determined by the essential contribution to a complex formation of the proton transfer from a base to the ligand, m⁹Xan and X proving to be partly deprotonated even on the account of the solvent. It wasestablished that methyl substitution at the position N7 in m⁷1 and m⁷X resulted in the practical absence of their interaction with carboxylate-ion and the rise of a new ability of forming complexes with the neutral carboxylic group. The substitution of the C8H group for N in 8-azaXan does not change the interaction specificity of this base with two forms of carboxylic group.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:12:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0233-7657. Біополімери і клітина. 2001. Т. 17. № 1
Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною
групою амінокислот на УФ спектри пуринових
нуклеотидних основ та нуклеозидів.
3. Гіпоксантин і ксантин
А- В. Степанюгін, І . М. Коломієць, А. Л. Потягайло, С. А. Тригубенко1,
Т. В. Богдан1, С П. Самійленко
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, 03143, Україна
Національний університет «Києво-Могилянська академія»
Вул. Григорія Сковороди, 2, Київ, 04070, Україна
Вивчено УФ спектри поглинання у зневодненому ДМСО гіпоксантину, ксантину, їхніх нуклеозидів
та низки метилпохідних і простежено їхні зміни при взаємодії з нейтральною та депротонованою
карбоксильною групою амінокислот, Напівемпіричним квантовохімічним методом MNDO/H
показано, що взаємодія з карбоксилат-іоном фіксує гіпоксантин у рідкісній енольній формі та
зміщує таутомерну рівновагу N7H N9H ліворуч, а у випадку ксантину провокує перехід N7H
-* N9H, котрий блокується метилзаміщенням основи в положенні 3. Суттєву зміну УФ спектрів
ксантину, 3-метилксантину, 9-метилксантину та ксантозину при взаємодії з карбоксилат-іоном
зумовлено значним внеском перенесення протона в утворення комплексів від основи до ліганду,
причому 9-метилксантин та ксантозин виявилися частково депротонованими вже за рахунок
розчинника. Встановлено, що метилзаміщення положення 7 у 7-метилінозині та 7-метилксанто-
зині призводить до практичної відсутності взаємодії з карбоксилат-іоном та виникнення нової
здатності утворювати міцні комплекси з нейтральною карбоксильною групою. Заміщення групи
С8Н на N у 8-azaXan не змінює специфічності взаємодії цієї основи з двома формами
карбоксильної групи.
Вступ. Перші дві роботи [1, 2] з серії дослідження
УФ спектрів поглинання похідних пуринових основ
та їхніх комплексів з карбоксильною групою аміно
кислот у зневодненому диметилсульфоксиді
(ДМСО) були присвячені аденінові (Ade) та гу-
анінові (Gua) відповідно. Предметом даної публі
кації є вивчення за ідентичних експериментальних
умов мінорних нуклеотидних основ гіпоксантину
(Hyp) та ксантину (Хап), їхніх нуклеозидів та
метилпохідних.
Добре відомою є біологічна роль Хап, Hyp і
їхніх нуклеозидів ксантозину (X) та інозину (І)
відповідно. В організмі вони утворюються внаслідок
деградації нуклеїнових кислот. Так, Hyp і Хап є
© А. В. СТЕПАНЮПН, І. М. КОЛОМІЄЦЬ, А. Л. ПОТЯГАЙЛО,
С. А. ТРИГУБЕНКО, T. В. БОГДАН, С. П. САМІЙЛЕНКО,
2001
продуктами дезамінування Ade та Gua, що може,
зокрема, викликати мутагенний ефект у ДНК [З,
4] . Крім того, Hyp окислюється металоферментом
ксантиноксидазою до Хап, котрий також є її суб
стратом і окислюється нею в положенні 8, даючи в
результаті сечову кислоту — кінцевий продукт де
градації пуринових основ в організмі. Водночас Хап
і Hyp можуть виступати як попередники кано
нічних нуклеотидних основ.
Принагідно відзначимо видатну роль українсь
кого вченого, члена Наукового Товариства ім. Т. Г.
Шевченка, академіка І. Я. Горбачевского в синтезі
і дослідженні сечової кислоти [5, 6 ] та встанов
ленні джерел і шляхів її утворення в організмі [7}.
Ним також вперше отримано кристалічну форму
Хап [8].
43
СТЕПАНЮПН А. В. ТА IH.
Нур є мінорною основою, яка входить до скла
ду антикодонових триплетів деяких транспортних
РНК [9 ]. У невеликій кількості Hyp і Хап присутні
майже в усіх органах.
Ці основи цікаві також з огляду на їхню
фармакологічну активність. Метилпохідні Хап (ко
феїн, теобромін, теофілін) широко використову
ються завдяки добре відомому гіпотензивному та
спазмолітичному ефектові. Виявилося, що інозин
має різноманітну терапевтичну дію у складі комп
лексних лікарських препаратів (див., наприклад,
роботу [10] та посилання в ній). Є інформація
щодо його антивірусної активності у випадку зара
ження вірусом імунодефіциту ЛЮДИНИ [11 ]•
В літературі значно менше публікацій присвя
чено цим двом мінорним основам, ніж канонічним
пуриновим основам Ade, Gua та їхній вихідній
сполуці — пуринові [12—23 ].
Таутомерія та іонізація Хап і його похідних
вивчалися за допомогою УФ спектроскопії [24, 25]
і ЯМР [25 ]. При цьому було показано, що молеку
ла незарядженого Хап у водному розчині існує як
таутомер N7H. Дослідження іонізації Нур за допо
могою УФ спектроскопії [26 ] засвідчило для нейт
ральної молекули таутомерну форму N9H.
Однак результати пізніших досліджень [27]
вказують на те, що як Хап, так і Нур у водних
розчинах є переважно таутомерами N7H. Дослід
ження за допомогою рентгенівської дифракції кри
сталічної солі Хап [28 ] свідчить про його таутомер
ну форму N9H у твердому стані.
Низку публікацій присвячено теоретичному
дослідженню таутомерії Хап та Нур [29—38], а
також аналога Нур 2-азагіпоксантину [39 ]• У робо
тах [29, ЗО] наведено результати досліджень по
вних молекулярно-цвітеріонних таутомерних сі
мейств Хап і Нур напівемпіричним квантовохі-
мічним методом AMI. Показано, що Хап у газовій
фазі та в розчині у зневодненому ДМСО існує як
дикето-таутомер N7H. Це узгоджується з результа
тами розрахунків ab initio високих рівнів набли
ження [35, 36]. Для Нур, за розрахунками [29,
ЗО ], у газовій фазі таутомерна рівновага N9H
N7H зміщена з невеликою перевагою ліворуч,
що збігається з даними ЯМР для розчину в ДМСО.
Проте розрахунки ab initio [36, 38 ] надають неве
лику перевагу (меншу за 1 ккал/моль) кето-тауто-
мерові N7H.
За допомогою 14 спектроскопії матрично-ізо
льованого Нур [40 ] встановлено, що його основний
кето-таутомер має 5 % домішку енольного. Рентге-
ноструктурний аналіз застосували для вивчення
кристалічної структури інозину [41 ] і натрієвої
солі деоксиінозину [42]. Експериментально отри
мано значення перших потенціалів іонізації для
Нур у газовій фазі [43 ].
Кислотно-лужній рівновазі Нур і Хап у газовій
фазі присвячено роботи [44—47]. ЯМР-спектро-
скопію використовували для дослідження І та ліку
вального препарату інозиплексу, створеного на йо
го основі [10]. Для вивчення біологічної функції І
в антикодоновій петлі було синтезовано аналоги
аланінової транспортної РНК, де І заміщено на Ade
та Gua [48 ].
Взаємодію Хап, Нур, їхніх нуклеозидів та
низки метилпохідних з іонізованою та нейтраль
ною карбоксильною групою амінокислот у зв'язку
з проблемою білково-нуклеїнового впізнавання до
сліджено у зневодненому ДМСО за допомогою
комплексу спектроскопічних методів [49, 50].
Аналіз літератури, присвяченої дослідженням
Хап, Нур та їхніх похідних різними методами в
різних агрегатних станах, засвідчує їхню спора
дичність. Звідси випливає необхідність систематич
ного вивчення зазначених біологічно важливих
сполук у рамках єдиного методу за ідентичних
експериментальних умов для коректного відсте-
ження зміни електронної будови при заміщенні та
комплексоутворенні за допомогою УФ спектроско
пії поглинання, яка є одним із найчутливіших
інструментів дослідження електронної структури
молекул.
Матеріали і методи. В роботі використано
основи та їхні похідні: гіпоксантин (Нур), ксантин
(Хап), 3-метилксантин (т 3 Хап) , 9-метилксантин
(т 9 Хап) фірми «Fluka» (Швейцарія); інозин (І)
фірми «Reanal» (Угорщина); дезоксиінозин (dl)
фірми «Aldrich» (США); 1-метилінозин (m'l), 7-
метилінозин (m 7I), 7-метилксантозин (m7X) фірми
«Serva» (Німеччина); ксантозин (X) фірми «Sigma»
(США); аналог Хап 8-азаксантин (8-azaXan) фір
ми «Reanal». Дейтерований диметилсульфоксид
(ДМСО) фірми «Fluka» висушували над молеку
лярними ситами 4 та 5 А фірми «Serva».
Взаємодію зазначених основ та нуклеозидів з
нейтральною карбоксильною групою вивчали в су
мішах з N-ацетиласпарагіновою кислотою (ас-
Asp), метиловим ефіром N-ацетиласпарагінової ки
слоти (ac-Asp-OMe), N-ацетилгліцином (ac-Gly)
фірми «Serva», з N-ацетилглутаміновою кислотою
(ac-Glu) фірми «Sigma», а з депротонованою кар
боксильною групою (карбоксилат-іоном) — у сумі
шах з NaAc фірми «Реахим» (Росія) та синтезова
ними А. Г. Терентьєвим натрієвою сіллю N-фор-
мілгліцину (f-N-GlyONa) та N-формілглутамінової
кислоти (f-Glu(ONa) 2).
Щоб впевнитися у відсутності впливу іонів
натрію на спектри досліджуваних основ та нуклео-
44
ВПЛИВ МЕТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
зидів, вивчали їхню взаємодію з перхлоратом нат
рію фірми «Реахим».
Спектри УФ поглинання основ та їхніх комп
лексів реєстрували на спектрофотометрі MPS-2000
фірми «Shimadzu» (Японія) у кварцових кюветах з
довжиною оптичного шляху 1 мм. Концентрація
основ та їхніх похідних становила 5-Ю"4 М, кон
центрація лігандів — 5-Ю"3 М. Диференційні спек
три (ДС) отримували за методикою роботи [1 ].
Геометричні, електронні та енергетичні харак
теристики комплексів таутомерних форм Нур та
Хап з карбоксилат-іоном у вільному стані розрахо
вували напівемпіричним квантовохімічним мето
дом MNDO/H у режимі оптимізації всіх структур
них параметрів з нормою градієнта < 0,01.
Результати і обговорення. У табл. 1 та 4
представлено довжини хвиль максимумів ( Я т а х ) та
оптичні густини (D) у безводному ДМСО похідних
гіпоксантинового та ксантинового ряду відповідно у
присутності та за відсутності лігандів з нейтраль
ною та іонізованою карбоксильною групою аміно
кислот. Для порівняння наводяться літературні да
ні [24—26, 51—53] для водних розчинів при різних
значеннях рН: довжина хвилі максимуму погли
нання Аю а х, коефіцієнти поглинання в максимумі
е т а х
а ^о оптична густина D, а також значення рК.
Табл. 2 та 5 дають змогу простежити за еволюцією
УФ спектрів досліджуваних сполук при взаємодії з
низкою лігандів, які містять нейтральну чи депро-
тоновану карбоксильну групу.
Гіпоксантин, В УФ спектрі Нур (рис 1, а)
спостерігається одна інтенсивна смуга поглинання
253 нм, батохромно зміщена на 4 нм порівняно з
його нейтральним водним розчином (табл. 1).
При порівнянні УФ спектра Нур із спектрами
I, dl та m'l (табл. 1, рис 1, б—г) впадає в око
поява потужного довгохвильового плеча 270 нм у
випадку нуклеозидів. При цьому основна смуга
гіпсохромно зміщена на 1 нм. Оскільки нуклеозиди
є структурно зафіксованими таутомерами N9H, то
таку чітко виражену різницю між спектрами не-
заміщеної основи та нуклеозидів можна інтер
претувати як суттєве зміщення таутомерної рівно
ваги N7H N9H ліворуч, що збігається з даними
для водних розчинів [27 ] та теоретичною оцінкою
для газової фази роботи [36 ], де надається перевага
таутомерові N7H. Однак теоретична оцінка впливу
гідратації тієї ж роботи [36] вказує на подібну
стабільність таутомерів N7H та N9H або ж перева
гу останнього у водному розчині в залежності від
використаного методу.
Попередню оцінку за допомогою ЯМР [29, 30 ]
зроблено на користь таутомера N9H у ДМСО,
виходячи з подібності ЯМР спектрів Нур і dl.
D D
Рис. 1. УФ спектри поглинання в ДМСО: а — 0,5 мМ Нур ( / ) ,
його суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (5); б— 0,5 мМ І (У),
його суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (3); в — 0,5 мМ dl ( / ) ,
його суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші ( і ) ; г — 0,5 мМ т 1 !
Причина протиріччя між даними УФ та ЯМР може
також критися в низькій чутливості хімзсувів про
тонів Нур до зазначеного таутомерного переходу
або в концентраційному ефекті (концентрації Нур
в УФ та ЯМР дослідженнях відрізнялися щонай
менше у 5 разів).
Характер зміни УФ спектра Нур при додаванні
NaAc такий самий, як при переході від нейтраль
них до лужних рН (табл. 1): батохромний зсув
смуг поглинання на 10 нм, величина якого
засвідчує значний вплив утворення комплексу з
карбоксилат-іоном на електронну систему основи
та на ймовірну участь імінопротонів, що збігається
з відсутністю їхніх сигналів у спектрі ЯМР комп
лексу Нур з NaAc у роботі [50].
Оскільки, виходячи з даних УФ спектроскопії
та ЯМР [50], достатньо ймовірну схему взаємодії
45
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
*Оптична густина; **плече.
Нур з карбоксилат-іоном запропонувати не вдало
ся, за допомогою напівемпіричного квантовохіміч-
ного методу MNDO/H розраховано енергетичні
характеристики комплексів з карбоксилат-іоном
низки таутомерів Нур (рис. 2, табл. 3).
Виявилося, що енергетично найбільш вигідним
є комплекс І (рис. 1, табл. 3), в якому Нур
фіксується у формі ШН-енолу. В другому за енер
гетичною шкалою комплексі II , котрий на
5,76 ккал/моль перевищує енергію першого, Нур є
46
ВПЛИВ МЕТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
NlH-енолом. Інші комплекси ще менш енергетич
но вигідні. Отже, згідно з теоретичною оцінкою,
карбоксилат-іон здатний перевести Нур з кето-
форми в рідкісну енольну.
Взаємодії Нур з ac-Asp не зафіксовано за
допомогою УФ спектроскопії (табл. 1,2).
Інозин та дезоксиінозин. УФ спектри І та dl є
дуже подібними (табл. 1, рис І, б, в). Як зазначено
47
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
Таблиця 2
Зміни смуг УФ поглинання гіпоксантину, інозину та їхніх метилпохідних у зневодненому ДМСО в присутності нейтральної і
депротонованої карбоксильної групи амінокислот
•Оптична густина; **плече.
вище, вони представлені інтенсивною короткохви
льовою смугою 252 нм та широким довгохвильовим
плечем 270 нм.
Комплекси нуклеозидів з NaAc характеризу
ються невеликим гіпохромізмом та батохромним
зсувом на 2 нм смуги 252 нм, а також значним
гіперхромізмом плеча 270 нм та його батохромним
зсувом на 5 нм. Загалом, характер змін в УФ
спектрах І та dl при взаємодії з NaAc нагадує
зміни у водному розчині І при переході від нейт
ральних до лужних рН, що вказує на утворення
комплексу з карбоксилат-іоном.
Цікаво відзначити важливий з фізіологічної
точки зору приклад взаємодії І та карбоксилат-іона
48
ВПЛИВ МЕТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
важливу роль його іміногрупи в комплексоутво-
ренні.
7-метилінозин. УФ спектр т 7 І радикально від
різняється від УФ спектра Нур та нуклеозидів І і
dl (табл. 1, рис. 3). Його єдина інтенсивна смуга
287 нм батохромно зміщена на 34 нм у порівнянні
з Нур та на 35 нм відносно основної смуги 252 нм
в УФ спектрах нуклеозидів. Це свідчить про кар
динальну перебудову пуринового кільця при мети-
люванні його положення N7, що значно збільшує
полярність молекули. Очевидно, позитивний заряд
зосереджений переважно на атомі N7 імідазольного
кільця.
Слід зауважити до того ж, що смуга поглинан
ня т 7 І 264 нм у нейтральному водному розчині
(табл. 1) зміщена лише на 23 нм у бік коротких
хвиль, що свідчить про суттєво різну взаємодію т 7 І
з водою та ДМСО як розчинниками.
Рис 2. Схеми комплексів, утворюваних прототропними таутоме-
рами Нур з карбоксилат-іоном, за даними MNDO/H (комплекси
пронумеровано в порядку їхньої енергетичної вигідності)
Glu, а саме — взаємопідсилення їхньої дії на ре
цептори солоного та гіркого смаку язика [54].
Кожна зокрема із вказаних сполук має слабкий
смак м'яса, а їхній суміші притаманний дуже
сильний м'ясний смак. Цілком імовірно, що для
такого підсилення смакових якостей вирішальним є
утворення комплексу між двома компонентами цієї
смакової композиції.
У присутності лігандів з нейтральною карбок
сильною групою в УФ спектрах І та dl не спо
стерігалося будь-яких змін (табл. 2), що узгод
жується з даними [10] щодо конформаційних та
динамічних властивостей І у складі антивірусного
препарату інозиплексу (суміш І з параацетамі-
добензойною та диметиламіноізопропанолом) у
ДМСО. В цій роботі також не зафіксовано взаємодії
І з недисоційованою карбоксильною групою пара-
ацетамідобензойної кислоти.
1-метилінозин. Як видно з даних рис. 1, г,
метилювання іміногрупи N1H інозину мало впли
ває на його спектр. Єдиним наслідком є більш
виражена форма плеча 270 нм та незначний гї-
похромізм смуги 252 нм у спектрі m !L УФ спектр
ш !І не зазнає жодних змін у присутності лігандів з
обома формами карбоксильної групи, що вказує на
л і і •
260 2S0 зоо А ми
Рис 3. УФ спектри поглинання в ДМСО: а — 0,5 мМ ш7І (У),
його суміші з 5 мМ ac-Asp (2), ДС суміші (5); б — 0,5 мМ вл І
(У), його суміші з 5 мМ ac-Glu (2), ДС суміші ( і ) ; в -— 0,5 мМ
т 7 І (У), його суміші з 5 мМ ac-Gly (2), ДС суміші (3); г —
0,5 мМ т 7 І , його суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (3)
49
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
У присутності ac-Asp смуга поглинання 287 нм
гіпсохромно зсувається на 28 нм (рис 3, а). Оскіль
ки в роботі [26] показано, що в присутності нейт
ральної карбоксильної групи в ДМСО т 7 І існує в
катіонній формі, то можна припустити, що вільний
т 7 І перебуває в цвітеріонній формі, котра за раху
нок перенесення протона від карбоксильної групи
ac-Asp на атом N1 (рис. 4, схема D переходить у
катіонну.
Зауважимо, що, як і у випадках m/A, т 3 А [1 ]
та m 7G [2], інтенсивність ДС ш 7І в присутності
лігандів з нейтральною карбоксильною групою зни
жується в ряду ac-Asp > ac-Glu > ac-Gly (табл. 3).
Про слабку взаємодію m 7I з карбоксилат-іоном
свідчить ДС дуже низької інтенсивності (табл. 1, 3;
рис. З, г) в його суміші з NaAc. За даними ЯМР
[50], карбоксилат-іон утворює слабкий водневий
зв'язок з т 7 І із залученням протона С8Н.
Ксантин. В УФ спектрі Хап (рис. 5, а) спо
стерігається одна інтенсивна смуга поглинання з
максимумом 271 нм. При близькому до нейтраль
ного значенні рН 7,25 у водному розчині їй
відповідає смуга 269 нм (табл. 4). На основі даних
УФ спектроскопії [27] зроблено висновок стосовно
того, що у водних розчинах Хап переважно знахо
диться у формі таутомера N7H. У роботах [29, 30]
зіставлення хімзсувів у спектрах ЯМР та розрахо
ваних напівемпіричним квантовохімічним методом
енергій депротонування відповідних протонів
свідчить про те, що і в ДМСО Хап існує як
таутомер N7H. У присутності NaAc максимум сму
ги поглинання батохромно зсувається на 5 нм,
тобто в тому ж напрямі, що й у водних розчинах
при переході від нейтральних рН до лужних (табл.
4). Спостерігається також гіперхромізм УФ погли
нання. Все це вказує на утворення комплексу Хап
з карбоксилат-іоном. У роботі [50] показано, що
при взаємодії Хап з карбоксилат-іоном у спектрі
ЯМР в ДМСО зникають сигнали всіх імінопро-
тонів, що вказує на їхню дотичність до утворення
комплексу, проте не є достатнім для висновку щодо
його будови. Для цього були розраховані за допо
могою напівемпіричного методу MNDO/H енерге
тичні характеристики комплексів з карбоксилат-
іоном низки прототропних таутомерів Хап (табл.
6). В результаті показано, що в газовій фазі енер
гетично найбільш вигідним є комплекс 1, утворю
ваний таутомером flHKeTO-N9H (рис. 6, схема / ) .
Це означає, що депротонована карбоксильна група
амінокислот при взаємодії з Хап провокує тауто-
мерний перехід N7H -* N9H.
Комплекс II (рис 6, схема / Л , утворюваний
рідкісним таутомером 2-кето-6-енол-ШН,ШН
програє першому в енергетичному плані менш ніж
2,5 ккал/моль. А в розчині у ДМСО перевага
першого комплексу може зменшитися і встановити
ся рівновага між цими двома комплексами, що,
ймовірно, є причиною відсутності в спектрі ЯМР
сигналів усіх трьох імінопротонів [50]. Показано,
що в кристалі натрієвої солі Хап [4] з депротоно-
ваною групою N3H знаходиться у вигляді таутоме
ра N9H. Цілком можливо, що перенесення протона
з іміногрупи N3H також робить внесок у форму
вання комплексу І (рис. 6, схема Л, що узгод
жується із зсувом протона С8Н на 0,379 м. ч. у бік
сильного поля в спектрі ЯМР еквімолярної суміші
Хап з NaAc [50].
Надто слабкий ДС Хап у суміші з ac-Asp (рис
5, б) свідчить про те, що у зневодненому ДМСО з
нейтральною карбоксильною групою амінокислот
він практично не взаємодіє.
3-метилксантин. УФ спектр m 3Xan (рис. 5, б,
50
ВПЛИВ МЕТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
Рис. 4. Схеми взаємодії: / — m l з ac-Asp; II — ш Хап з NaAc;
/ / / — m9Xan з NaAc; IV— X з NaAc
г) за формою та інтенсивністю дуже подібний до
спектра Хап, від якого відрізняється батохромним
зсувом максимуму смуги поглинання 274 нм на
3 нм (табл. 4, 6). У роботах [29, ЗО] способом,
зазначеним вище для Хап, показано, що в ДМСО
m 3Xan також існує переважно як таутомер N7H.
При близькому до нейтрального значенні рН 8 у
водному розчині максимум поглинання зміщений
на 1 нм у бік коротких хвиль.
Присутність NaAc у розчині призводить до
батохромного зсуву смуги поглинання m 3Xan на
4 нм та відчутного гіперхромізму. Характер зміни
УФ спектра m 3Xan при взаємодії з карбоксилат-
іоном такий же, як і при переході до лужних
значень рН.
Для встановлення схеми взаємодії m 3Xan з
карбоксилат-іоном було використано також дані
ЯМР з роботи [50]. Порівняння зміщень сигналів
протонів N1H та С8Н у комплексах m 3Xan і m 9Xan
з NaAc в ДМСО (-0,790 та -0,563 м. ч., -1,690 та
-0,280 м. ч. відповідно) разом із зникненням сиг
налу N7H у комплексі m Хап з NaAc вказують на
те, що в утворенні комплексу бере участь саме
іміногрупа N7H (рис. 7, схема / / ) , а не N9H, як у
випадку Хап. Останнє означає, що таутомерний
стан m Хап не змінюється при комплексоутворенні.
Величини високопольних зсувів протонів N1H та
С8Н [50] вказують на значний внесок у стабі
лізацію комплексу перенесення протона іміногрупи
N7H до карбоксилат-іона.
Малоінтенсивний ДС суміші m 3Xan з ac-Asp
(рис. 5, г) свідчить про його слабку взаємодію з
нейтральною карбоксильною групою амінокислот у
зневодненому ДМСО.
9-метилксантин. Для УФ спектра m 9Xan є
характерним гіпсохромний зсув на 8 нм максимуму
поглинання смуги 263 нм відносно незаміщеної
основи та поява низькоінтенсивного довгохвильово
го поглинання » 295 нм на хвості основної смуги.
Оскільки m 9Xan є структурно зафіксованим тауто
мером N9H, то значна різниця в положенні макси-
D
Рис. 5. УФ спектри поглинання: а — 0,5 мМ Хап (/) , його
суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (3); б — 0,5 мМ m3Xan (У),
його суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (3); в — 0,5 мМ Хап
(У), його суміші з 5 мМ ас-Asp <2), ДС суміші (3); г — 0,5 мМ
ш3Хап (У), його суміші з 5 мМ ac-Asp (2), ДС суміші (і)
51
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
Таблиця 4
Характеристики УФ спектрів і значення рК ксантину, ксантозину та їхніх метилпохідних
52
ВПЛИВ МБТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
Закінчення табл. 4
•Оптична густина; **плече.
VI VII
Рис. 6. Схеми комплексів, утворюваних прототропними тауто-
мерами Хап з карбоксилат-іоном, за даними MNDO/H (комп
лекси пронумеровано в порядку їхньої енергетичної вигідності)
мумів поглинання m 9Xan та Хап підтверджує вста
новлений раніше [29, 30] факт його існування в
зневодненому ДМСО у формі N7H таутомера.
Природу довгохвильового поглинання з макси
мумом 295 нм можна зрозуміти, виходячи з його
відсутності в УФ спектрах m 9Xan у суміші з усіма
лігандами, що містять нейтральну карбоксильну
групу (табл. 5, рис 7, в). Цей факт легко поясни
ти, якщо припустити, що в ДМСО невелика частка
m 9Xan є депротонованою і протонується за рахунок
протона нейтральної карбоксильної групи. Врахо
вуючи вищенаведені дані ЯМР для m 9Xan [50],
можна зробити висновок стосовно того, що в m 9Xan
депротонується іміногрупа N3H.
До речі, в спектрі m 9Xan у водних розчинах
при кислих значеннях рН (табл. 4) також спо
стерігається лише одна смуга 260 нм.
В УФ спектрі суміші m 9Xan з NaAc (рис 7, а)
спостерігається гіпсохромно зміщена на 3 нм від
носно вільної основи смуга 260 нм та нова інтен
сивна смуга 286 нм.
Для водного розчину m 9Xan при лужних рН
(табл. 4) також характерним є присутність в УФ
спектрі двох смуг поглинання — 245 та 278 нм.
Отже, можна зробити висновок про те, що при
взаємодії m 9Xan з NaAc відбувається перенесення
протона N3H на карбоксилат-іон (рис 4, схема
III), а висока інтенсивність смуги 286 нм свідчить
про його суттєвий внесок у формування комплексу.
Ксантозин. УФ спектр X і його трансформація
при взаємодії з нейтральною та депротонованою
карбоксильною групою подібні до УФ спектра і
його змін при комплексоутворенні у випадку
m 9Xan (рис. 7, б, г; табл 4, 5). Його інтенсивній
смузі 262 нм та смузі низької інтенсивності 295 нм
у водних розчинах при нейтральних та лужних рН
відповідають дві смуги 250 і 278 нм (табл. 4).
При додаванні лігандів, які містять нейтральну
карбоксильну групу (табл. 5, рис. 7, г) смуга,
295 нм зникає. Отже, як і в разі m 9Xan, в ДМСО
54
ВПЛИВ МЕТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
Рис. 7. УФ спектри поглинання: а — 0,5 мМ m Хап (7), його
суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (3); б— 0,5 мМ X (7), його
суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші ( і); в — 0,5 мМ т 9 Хап (7),
його суміші з 5 мМ ac-Asp (2), ДС суміші {3)\ і — 0,5 мМ X,
його суміші з 5 мМ ac-Asp (2), ДС суміші (3)
невелика частина молекул X є депротонованою і
протонується за рахунок протона нейтральної кар
боксильної групи. Цією ж причиною зумовлено
відсутність довгохвильового компонента спектра і у
водних розчинах X при кислих рН (табл. 5).
У присутності NaAc, як і у випадку m 9Xan, у
спектрі УФ поглинання X спостерігається гіпсо
хромний зсув смуги 262 нм на 3 нм та інтенсивна
нова смуга 283 нм, що свідчить про депротонуван-
ня значної частини молекул X при взаємодії з
карбоксилат-іоном. Спираючись на дані ЯМР робо
ти [50], можна стверджувати, що за взаємодію та
перенесення протона відповідає іміногрупа N3H
(рис. 4, схема IV).
Цікавим з точки зору фізіології прикладом
взаємодії метилпохідних ксантину з карбоксильною
групою амінокислот є вплив на смакові рецептори
язика, до складу яких входять білки з високим
вмістом дисоційованих карбоксильних груп Asp і
Glu, молекул кофеїну та теоброміну, що надають
гіркуватого присмаку каві та шоколадові [54].
Вважають, що похідні Хап відновлюють карбо
ксильні групи Asp та Glu, індукуючи зміну кон
формації білкових молекул.
У здатності похідних Хап бути інгібіторами
фосфодиестерази, яка дезактивує АТР, вбачають
молекулярний механізм їхньої стимулюючої дії на
організм людини [54 ].
7-метилксантозин. В УФ спектрі т 7 Х спо
стерігається інтенсивна смуга 263 нм та менш
інтенсивна — 301 нм (рис 8, а, б). Метилювання
атома N7 молекули X призводить до значного
зменшення його здатності взаємодіяти з карбокси
лат-іоном, про що свідчить дуже низька інтен
сивність його ДС у присутності NaAc (табл. 4, 5;
55
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
Таблиця 5
Зміни смуг УФ поглинання ксантину, ксантозину та їхніх метилпохідних у зневодненому ДМСО в присутності нейтральної
та депротонованої карбоксильної групи амінокислот
*Оптична густина; **плече.
рис. 8, а). Проте з'являється здатність взаємодіяти
з нейтральною карбоксильною групою амінокислот
(табл. 4, 5; рис. 8, б), однак набагато слабша, ніж
у випадку m 7G [2 ] та m 7L
Дані ЯМР роботи [50] засвідчують участь
протона С8Н у слабкому водневому зв'язку з
карбоксилат-іоном та імінопротона N1H — у взає
модії з нейтральною карбоксильною групою. Мож-
56
ВПЛИВ МЕТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
-а/ J
Рис. 8. УФ спектри поглинання: а — 0,5 мМ т 7 Х (У), його
суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (3); 6 — 0 , 5 мМ т 7 Х (7),
його суміші з 5 мМ ac-Asp (2), ДС суміші (3); в — 0,5 мМ
8-azaXan (7), його суміші з 5 мМ NaAc (2), ДС суміші (5); г —
0,5 мМ 8-azaXan, його суміші з 5 мМ ac-Asp (2), ДС суміші (3)
ливо, таке падіння комплексотвірної здатності по
в'язане з самоасоціацією або з наявністю внут-
рішньомолекулярного водневого зв'язку N3...CTH
[55].
8-азаксантозин. У спектрі аналога ксантину
8-azaXan присутня одна смуга поглинання з макси
мумом 269 нм (табл. 4, 5; рис. 8, в, г). Додавання
NaAc зміщує її на 2 нм у бік коротких хвиль (рис.
8, в), що свідчить про його взаємодію з карбокси
лат-іоном. Якщо, виходячи з невеликої різниці в
положенні максимумів поглинання Хап та 8-aza
Xan (2 нм), постулювати існування в ДМСО 8-
azaXan у вигляді таутомера N7H, то можна припу
стити, що схема його взаємодії з карбоксилат-іоном
аналогічна схемі взаємодії Хап (рис 6, схема / ) .
Дуже слабкий спектр ДС 8-azaXan у присут
ності ac-Asp свідчить про практичну відсутність
здатності взаємодіяти з нейтральною карбоксиль
ною групою у зневодненому ДМСО, як і у випадку
Хап. Отже, 8-azaXan не змінює специфічності що
до взаємодії з нейтральною та депротонованою
карбоксильними групами протилежно до 6-азаци-
тозину в порівнянні з цитозином [56, 57 ].
Висновки. 1. Вивчено УФ спектри низки ме
тилпохідних Нур, Хап і їхніх нуклеозидів у зневод
неному ДМСО та інтерпретовано зміни в них
порівняно до незаміщених основ, а також просте-
жено та інтерпретовано зміни в УФ спектрах під
впливом взаємодії з нейтральною та депротонова
ною карбоксильною групою амінокислот.
2. За допомогою напівемпіричного квантовоме-
ханічного методу MNDO/H розраховано енерге
тичні характеристики комплексів, утворюваних
рідкісними прототропними таутомерами Нур та
Хап з карбоксилат-іоном.
57
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
3. Показано, що взаємодія з карбоксилат-іоном
фіксує Hyp у рідкісній енольній формі та, ймовір
но, встановлює таутомерну рівновагу N7H N9H,
дещо зміщену ліворуч.
4. Встановлено, що взаємодія з карбоксилат-
іоном провокує в Хап таутомерний перехід N7H ->
-» N9H, котрий блокується його метилзаміщенням
у положенні N3.
5. Висловлено припущення стосовно значного
внеску перенесення протона від іміногруп N3H та
N7H до карбоксилат-іона в стабілізацію комплексів
Хап та т 3 Хап відповідно.
6. За допомогою УФ спектроскопії продемонст
ровано часткове депротонування у зневодненому
ДМСО m 9Xan та X за рахунок іміногрупи N3H
навіть за відсутності нуклеофільних лігандів.
7. Показано визначальну роль перенесення
протона від основи до іонізованої карбоксильної
групи у формуванні її комплексів з m 9Xan та X, а
також його суттєву роль при взаємодії з Хап та
т 3 Хап.
8. Виявлено відмінність між т 7 Хап та т 7 І (як
і m 7G) у здатності утворювати комплекси з нейт
ральною карбоксильною групою: в останньому ви
падку комплекс набагато міцніший та його утво
рення супроводжується перенесенням протона від
карбоксильної групи до основи.
9. Встановлено, що аналог ксантину 8-azaXan
не змінює специфічності щодо взаємодії з нейт
ральною та депротонованою карбоксильними гру
пами протилежно до 6-азацитозину в порівнянні з
цитозином.
10. Відсутність взаємодії Хап і Hyp та біль
шості їхніх похідних з карбоксильною групою у
зневодненому ДМСО, вочевидь, зумовлена сольва
тацією молекул-партнерів.
Вичерпна інформація щодо розрахунків знахо
диться в базі даних відділу молекулярної біофізики
ІМБіГ НАН України та може бути надана у від
повідь на запит (dhovorun.@imbg.org.ua).
Автори щиро вдячні панові Д. М. Говорунові за
постійну увагу до роботи та цінні поради при
обговоренні матеріалу статті.
А. V. Stepanyugin, І. М. Kolomiets', A. L. Potyahaylo,
S. A. Tryhubenko, Т. V. Bohdan, S. P. Samijlenko
Influence of methylation and interactions with amino acid carboxylic
group on UV spectra of purine bases and nucleosides in
dimethylsulfoxide. 3. Hypoxanthine and xanthine
Summary
UV absorption spectra of hypoxanthine, xanthine, their nucleosides
and a number of their methyl derivatives were studied in anhydrous
DMSO, and the spectral changes under the interaction with neutral
and deprotonated (carboxylate-ion) amino acid carboxylic group
were traced. By the semi-empirical quantum-chemical method
MNDO/H it was shown, that the interaction with carboxylate-ion
fixes Hyp in the rare enolic form and shifts the N7H**N9H
tautomeric equilibrium to the left while in the case of Xan provokes
the N7H -* N9H transition, which is blocked up by its methyl
substitution at the^ positioq N3. Significant changes in the UV
spectra of Хап, m Хап, m Xan and X under the interaction with
carboxylate-ion are determined by the essential contribution to a
complex formation of the proton transfer from a base to the ligand,
m Xan and X proving to be partly deprotonated even on the account
of the solvent. Jt7 wasestab^ished that methyl substitution at the
position N7 in m I and m X resulted in the practical absence of
their interaction with carboxylate-ion and the rise of a new ability
of forming complexes with the neutral carboxylic group. The
substitution of the C8H group for N in 8-azaXan does not change
the interaction specificity of this base with two forms of carboxylic
group.
А. В. С me панюг ин, И. H. Коломиец, А. Л. Потягайло,
С. А. Тригубенко, Т. В. Богдан, С. А. Самойленко
Влияние метилирования и взаимодействия с карбоксильной
группой аминокислот на УФ спектры пуриновых нуклеотидных
оснований и нуклеозидов. 3. Гипоксантин и ксантин
Резюме
Изучены УФ спектры поглощения в обезвоженном ДМСО
гипоксантина, ксантина, их нуклеозидов и ряда метилпроиз-
водных, а также прослежены их изменения при взаимодейст
вии с нейтральной и депротонированной (карбоксилат-ион)
карбоксильной группой аминокислот Полу эмпирическим кван-
товомеханическим методом показано, что взаимодействие с
карбоксилат-ионом фиксирует Hyp в редкой енольной форме и
смещает таутомерное равновесие N7H **• N9H влево, а в
случае Хап провоцирует переход N7H N9H, блокируемый его
метилзамещением в доложен^и N3. Значительное изменение
УФ спектров Xan, т Xan, т Хап и X при взаимодействии с
карбоксилат-ионом обусловлено существенным вкладом пере
носа протона от основания к лиганду в образование комплек
са, при этом т Хап и X оказались частично депротонирован-
ными уже за счет растворителя, установлено, что метилза-
мещение положения N7 в т I и т X приводит к практическо
му отсутствию взаимодействия с карбоксилат-ионом и воз
никновению новой способности образовывать комплексы с
нейтральной карбоксильной группой Замещение группы С8Н
на N в 8-azaXan не изменяет специфичности взаимодействия
этого основания с двумя формами карбоксильной группы.
ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ
1. Степанюгін А. В., Коломісць І. М., Самійленко С. П.
Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою
амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних ос
нов та нуклеозидів в диметилсульфоксиді. 1. Аденін / /
Биополимеры и клетка.—1999.—15, № 5.—С. 422—431.
2. Степанюгін А. В., Коломісць I. М., Потягайло А. Л.,
Самійленко С. Я. Вплив метилювання та взаємодії з
карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пури
нових нуклеотидних основ та нуклеозидів в диметил
сульфоксиді. 2. Гуанін / / Биополимеры и клетка.—2000.—
16, № 5.—С. 384—402.
3. Mizuno Я , Fujiwara Т., Tomita К The crystal and molecular
structure of the sodium salt of xanthine / / Bull. Chem. Soc.
Jap.—1969.—42, N 6.—P. 3099—3105.
4. Полтев В. И., Брусков В. И., Шулюпина Я. В., Рейн Р.,
Шибата М., Орнстейн Р., Миллер Г. Генотоксическая
58
mailto:dhovorun.@imbg.org.ua
ВПЛИВ МЕТИЛЮВАННЯ НА УФ СПЕКТРИ ПУРИНОВИХ ОСНОВ
модификация оснований нуклеиновых кислот и ее биоло
гические последствия. Обзор и перспективы эксперимен
тальных и расчетно-теоретических исследований / / Моле-
куляр. биология.—1993.—27, № 4.—С. 734—757.
5. Horbatschevsky I. Synthese der Harusaure / / Wiener Berich-
te.—1882.—17.—S. 17—19.
6. Horbatschevsky I. Uber die neue Synthese und die Constitution
der Harusaure / / Wiener Berichte.—1887.-24.—S. 13—17.
7. Horbatschevsky I. Untersuchungen uber die Enstehung der
Harusaure in Sangethier Organismus// Wiener Berichte.—
1899.—24.—S. 12—14.
8. Горбачевский І. О кристалізованім ксантині і гуаніні / /
36. математично-природописно-лікарської секції НТШ.—
1897.—1, № 1.—С. 1—19.
9. Saenger W. Principle of nucleic acid structure / / Springer
advanced texts in chemistry / Ed. C. R. Cantor.—New York
etc., 1984.—584 p.
10. Rossi C , Picchi M. P., Tiezzi E., Corbini G.f Corti P.
Conformational and dynamic investigation in solution of inosine
and its molecular complex, inosiplex by proton and carbon
NMR spectroscopy / / Magnetic Resonance in Chemistry.—
New-York: John Wiley & Sons, 1990.—Vol. 28.—P. 348.
11. Mitsuya #., Broder S. Inhibition of the in vitro infectivity and
cytoplasmic effect of human T-lymphotrophic virus type III
/lymphadenopathy-associated virus (HTLV-III/LAV) / / Proc.
Nat. Acad. Sci. USA.—986.—83, N 6.—P. 1911—1915.
12. Говорун Д. M. Прототропна таутомерія азотистих основ:
новий погляд на стару проблему / / Биополимеры и клет
ка.—1997.—13, № 3.—С. 191—196.
13. Sabio М., Topiol S., Lumma W. C, Jr. An investigation of
tautomerism in adenine and guanine / / J. Phys. Chem.—
1990.-94, N 4.—P. 1366—1372.
14. Nowak M. J., Lapinski L., Kwiatkowski J. S., Leszczyhski J.
Molecular structure and infrared spectra of adenine. Ex
perimental matrix isolation and density functional study of
adenine 15N isotopomers / / J. Phys. Chem.—1996.—100,
N 9.—P. 3527—3534.
15. Nowak M. J., Lapinski L., Kwiatkowski J. S. An infrared
matrix isolation study of tautomerism in purine and adenine / /
Chem. Phys. Letts.—1989.—157, N 1/2.—P. 14—18.
16. Nowak M. J., Rostowska H, Lapinski L., Kwiatkowski J. S.,
Leszczynski J. Tautomerism N(9)H <* N(7)H of purine, adeni
ne, and 2-chloroadenine: combined experimental IR matrix
isolation and ab initio quantum mechanical studies / / J. Phys.
Chem.—1994.—98, N 11.—P. 2813—2816.
17. Szczesniak K, Szczesniak M., Person W. B. Infrared studies
and the effect of ultraviolet irradiation on the tautomers of
9-methylguanine isolated in an argon matrix / / Chem. Phys.
Letts.—1988.—153, N 1.—P. 39—44.
18. Kwiatkowski J. S., Person W. B. The tautomerism of the
nucleic acid bases revisited: from non-interecting to interecting
bases / / Theoretical Biochemistry and Molecular Biophysics /
Eds D. L. Beverige, R. Lovery.—New York: Adenine press,
1990.—P. 153—171.
19. Szczesniak K, Szczesniak M. Matrix isolation infrared studies
of nucleic acid constituents / / J. Мої. Struct.—1987.—156,
N 1/2.—P. 29—42.
20. Brown R.y Goodfrey P. D., McNuaghton D.f Pier lot A. P. A
study of the major gas-phase tautomer of adenine by micro
wave spectroscopy / / Chem. Phys. Letts.—1989.—156,
N 1.—P. 61—63.
21. Leszczynski J. The potential energy surface of guanine is not
flat: an ab initio study with large basis sets and higher order
electron correlation contribution / / J. Phys. Chem. A.—
1998.—102, N 13.—P. 2357—2362.
22. LeBreton P. R., Yang X., Urano S., Fretzer S.t Yu M.f
Leonard N. Kumar S. Photoemission properties of methyl-
substitited guanines: photoelectron and fluorescence investiga
tion of 1,9-dimethylguanine, 06,9-dimethylguanine, and 9-
methylguanine / / J. Amer. Chem. Soc.—1990.—112, N 6.—
P. 2138—2145.
23. Gould I. R., Vincent M. A., Hillier І. #., Lapinski JL, Nowak
M. J. A new theoretical prediction of the infrared spectra of
cytosine tautomers / / Spectrochim. Acta.—1992.—48A,
N 6.—P. 811—818.
24. Cavalieri L. F, Fox J. J., Stone A.t Chang N. On the nature
of xanthine and substituted in solution / / J. Amer. Chem.
Soc.—1954.—76, N 4.—P. 1119—1122.
25. Lichtenberg D., Bergmann F., Neiman Z. Tautomeric forms
and ionisation processes in xanthine and its N-methyl deriva
tives / / J. Chem. Soc. (C).—1971.—N 9.—P. 1676—1682.
26. Bergmann F., Kleiner M., Neiman Z., Rashi M. The ionisation
sequence of hypoxanthine and 6-mercaptopurine / / Israel J.
Chem.—1964.—2, N 2.—P. 185—196.
27. Морозов Ю. В., Важу лина Н. П. Электронное строение,
спектроскопия и реакционная способность молекул.
Нуклеиновые основания, витамины В6 и их аналоги / Под
ред. M. В. Волькенштейна.—M.: Наука, 1989.—288 с.
28. Mizuno Н., Fujiwara Т., Tomita К The crystal and molecular
structure of the sodium solt of xanthine / / Bull. Chem. Soc.
Japan.—1969.—42, N 11.—P. 3099—3105.
29. Kondratyuk L V., Samijlenko S. P., Kolomiets' J. M.t
Hovorun D. M. Prototropic molecular-zwitterionic tautomerism
of xantine and hypoxanthine III. Мої. Struct.—2000.—5,
N 1—3.—P. 109—118.
30. Kondratyuk I. V., Samijlenko S. P., Kolomiets' I. M.t
Potyahaylo A. L., Hovorun D. M. Prototropic molecular-zwit
terionic tautomerism of xantine and hypoxanthine: unexpected
biological view / / Биополимеры и клетка.—2000.—16,
№ 2.—P. 124—137.
31. Кондратюк I. В., Говорун Д. М., Желтовський М. В.
Прототропна молекулярно-цвітеріонна таутомерія ксанти
ну та його комплексотвірна здатність / / Биополимеры и
клетка.—1994.—10, №6.—С. 61—64.
32. Говорун Д. М.у Кондратюк I. В., Желтовський М. В.
Прототропна молекулярно-цвітеріонна таутомерія гіпокса
нтину: розрахунок методом AMI у вакуумному наближенні
/ / Биополимеры и клетка.—1995.—11, № 1.—С. 30—35.
33. Кондратюк I. В., Говорун Д. М., Желтовський М. В.
Прототропна таутомерія молекулярного ксантину / / Доп.
НАН України.—1995.—№ 4.—С. 109—112.
34. Говорун Д. М.} Кондратюк I. В.> Желтовський М. В.
Прототропна молекулярно-цвітеріонна таутомерія гіпокса
нтину / / Доп. НАН України.—1995.—№ 7.—С. 135—138.
35. Sponer J. у Leszczynski J. Tautomerism of xanthine: the
second-order Moller-Plesset study / / Struct. Chem.—1995.—
6, N 4/5.—P. 281—286.
36. Hernandes В., Luque F. J., Orozco M. Tautomerism of
xanthine oxidase substrates hypoxanthine and allopurinol / / J.
Org. Chem.—1996.—61, N 17.—P. 5964—5971.
37. Hernandes В., Orozco M., Luque F. J. Tautomerism of
xanthine and alloxanthine: a model for substrate recognition by
xanthine oxidase / / J. Comput.-Aided Мої. Design.—1996.—
10, N 3.—P. 535—544.
38. Costas M. E., Acevedo-Chavez R. Density functional study of
the neutral hypoxanthine tautomeric forms / / J. Phys.
Chem.—1997.—A101, N 44.—P. 8309—8318.
39. Hernandes B.f Orozco M.f Luque F. J. Role of the tautomerism
of 2-azaadenine and 2-azahypoxanthine in substrate recogni
tion by xanthine oxidase III. Compt.-Aided Мої. Design.—
1997.—11, N 1.—P. 152—162.
59
СТЕПАНЮПН А. В. ТА ІН.
40. Sheina G. G., Stepanian S. G.t Radchenko E. D.t Blagoi Yu.
P. m spectra of guanine and hypoxantine isolated molecules / /
J. Мої. Struct.—1987.—158, N 2.—P. 275—292.
41. Munns A. R. Tollin P. The crystal and molecular structure
of inosine / / Acta Cryst.—1970.—B26, N 11.—P. 1101 —
1113.
42. Krishnan R., Seshadri T. P. Crystal structure of sodium
deoxyinosine / / Nucleosides and Nucleotides.—1992,—11,
N 5.—P. 1047—1057.
43. Lin /., Yu S.f Peng S.f Akijama I., Li K, Le L. Kf LeBreton
P. R. Ultraviolet photoelectron studies of the ground-state
electronic structure and gas-phase tautomerism of purine and
adenine / / J. Phys. Chem.—1980.—102, N 14.—P. 4627—
4631.
44. Говорун Д M.y Кондратюк I. В. Газофазні кислотно-лужні
властивості канонічних нуклеотидних основ / / Доп. HAH
України.—1998.—№ 1.—С. 207—212.
45. Говорун Д. М., Кондратюк I. В., Желтовський М. В.
Кислотно-лужні властивості молекулярного ксантину та
його комплексотвірна здатність / / Биополимеры и клет
ка.—1994.—10, № 6.—С. 61—64.
46. Говорун Д М., Кондратюк I. В., Желтовський М. В.
Газофазні кислотно-лужні властивості молекулярного гіпо
ксантину / / Биополимеры и клетка.—1995.—11, № 1.—
С. 36—39.
47. Говорун Д М., Кондратюк I. B.f Желтовський М. В.
Нуклеотидні основи як СН-кислоти / / Биополимеры и
клетка.—1995.—И, № 5.—С. 15—20.
48. Musui Q., Yuoxin J., Wenqin L., Junru B.t Peijuan G.,
Renlong W.t Keqin Z., Debao W. Biological function of
modified nucleotides in tRNA molecules — synthesis and bio
logical activity of the analogues of yeast alanyl-tRNA with 134
replaced by A34 or G34 / / Scientia Sinica, Ser. В.—1988.—
31.—P. 695—701.
49. Zheltovsky M. V., Samijlenko S. P., Kolomiets' I. M.,
Kondratyuk J. V., Stepanyugin A. V. Investigation of interac
tions of hypoxanthine, xanthine and its methyl- and glycosyl-
derivatives with amino acid carboxylic group by spectroscopic
methods / / Биополимеры и клетка.—1993.—9, № 3.—
С. 72—77.
50. Zheltovsky N. К, Samoilenko S. A., Kondratyuk I. V.,
Kolomiets 1. N.y Stepanyugin A. V. Recognition of purine bases
and nucleosides by the amino acid carboxylic group / / J. Мої.
Struct—1995.—344, N 1.—P. 53—62.
51. Handbook of Biochemistry and Molecular Biology / / Nucleic
Acids / Ed. G. D. Fasman.—Boca Raton: CRC press, 1986.—
Vol. 1.—637 p.
52. Michelson A. M., Pochon F. Polynucleotide analogues. VII.
Methylation of polynucleotides / / Biochim. et biophys. acta.—
1966.—114.—P. 469—480.
53. Бородавкин A. B.t Будовский Э. И., Морозов Ю. В., Савин
Ф. А., Симукова Н. А. Электронная структура, УФ-спект-
ры поглощения и реакционная способность компонентов
нуклеиновых кислот.—М.: ВИНИТИ, 1977.-227 с. (Итоги
науки и техники. Молекуляр. биология; Т. 14).
54. Эткинс П. Молекулы.—М.: Мир, 1991.—143 с.
55. Говорун Д М. Про мікроструктурне походження викривле
ності лінійної ДНК / / Доп. HAH України.—1998.—№ 5.—
С. 189—195.
56. Samijlenko S. P., Alexeeva I. V., Palchykivs*ka L.
Kondratyuk L V., Stepanyugin A. V., Shalamay A. S.t
Hovorun D. M. Structural peculiarities of 6-azacytosine and its
derivatives imply intramolecular H-bonds III. Мої. Struct.—
1999.—484, N 1.—P. 31—38.
57. Samijlenko S. P., Alexeeva J. V., Palchykivs*ka L. H.,
Kondratyuk I. V.t Stepanyugin A. V., Shalamay A. S.t
Hovorun D. M. *H NMR investigation on 6-azacytidine and its
derivatives / / Spectrochim. Acta, Part A.—1999.—55, N 6.—
P. 1133—1141.
УДК 577.33.336:577.323.36
Надійшла до редакції 26.06.2000
60
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154335 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7657 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:12:36Z |
| publishDate | 2001 |
| publisher | Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Степанюгін, А.В. Коломієць, І.М. Потягайло, А.Л. Тригубенко, С.А. Богдан, Т.В. Самійленко, С.П. 2019-06-15T14:04:58Z 2019-06-15T14:04:58Z 2001 Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин / А.В. Степанюгін, І.М. Коломієць, А.Л. Потягайло, С.А. Тригубенко, Т.В. Богдан, С.П. Самійленко // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 1. — С. 43-60. — Бібліогр.: 57 назв. — укр. 0233-7657 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154335 577.33.336:577.323.36 Вивчено УФ спектри поглинання у зневодненому ДМСО гіпоксантину, ксантину, їхніх нуклеозидів та низки метилпохідних і простежено їхні зміни при взаємодії з нейтральною та депротонованою карбоксильною групою амінокислот, Напівемпіричним квантовохімічним методом MNDO/H показано, що взаємодія з карбоксилат-іоном фіксує гіпоксантин у рідкісній енольній формі та зміщує таутомерну рівновагу N7H ↔ N9H ліворуч, а у випадку ксантину провокує перехід N7H→ N9H, котрий блокується метилзаміщенням основи в положенні 3. Суттєву зміну УФ спектрів ксантину, 3-метилксантину, 9-метилксантину та ксантозину при взаємодії з карбоксилат-іоном зумовлено значним внеском перенесення протона в утворення комплексів від основи до ліганду, причому 9-метилксантин та ксантозин виявилися частково депротонованими вже за рахунок розчинника. Встановлено, що метилзаміщення положення 7 у 7-метилінозині та 7-метилксантозині призводить до практичної відсутності взаємодії з карбоксилат-іоном та виникнення нової здатності утворювати міцні комплекси з нейтральною карбоксильною групою. Заміщення групи С8Н на N у 8-azaXan не змінює специфічності взаємодії цієї основи з двома формами карбоксильної групи. Изучены УФ спектры поглощения в обезвоженном ДМСО гипоксантина, ксантина, их нуклеозидов и ряда метилпроизводных, а также прослежены их изменения при взаимодействии с нейтральной и депротонированной (карбоксилат-ион) карбоксильной группой аминокислот Полу эмпирическим квантовомеханическим методом показано, что взаимодействие с карбоксилат-ионом фиксирует Hyp в редкой енольной форме и смещает таутомерное равновесие N7H ↔ N9H влево, а в случае Xan провоцирует переход N7H →N9H, блокируемый его метилзамещением в положении N3. Значительное изменение УФ спектров Xan, m³Xan, m⁹Хаn и X при взаимодействии с карбоксилат-ионом обусловлено существенным вкладом переноса протона от основания к лиганду в образование комплекса, при этом ⁹Хаn и X оказались частично депротонированными уже за счет растворителя, установлено, что метилзамещение положения N7 в m⁷1 и m⁷X приводит к практическому отсутствию взаимодействия с карбоксилат-ионом и возникновению новой способности образовывать комплексы с нейтральной карбоксильной группой Замещение группы С8Н на N в 8-azaXan не изменяет специфичности взаимодействия этого основания с двумя формами карбоксильной группы. UV absorption spectra of hypoxanthine, xanthine, their nucleosides and a number of their methyl derivatives were studied in anhydrous DMSO, and the spectral changes under the interaction with neutral and deprotonated (carboxylate-ion) amino acid carboxylic group were traced. By the semi-empirical quantum-chemical method MNDOlH it was shown, that the interaction with carboxylate-ion fixes Hyp in the rare enolic form and shifts the N7H ↔ N9H tautomeric equilibrium to the left while in the case of Xan provokes the N7H→N9H transition, which is blocked up by its methyl substitution at the position N3. Significant changes in the UV spectra of Xan, m³Xan, m⁹Xan and X under the interaction with carboxylate-ion are determined by the essential contribution to a complex formation of the proton transfer from a base to the ligand, m⁹Xan and X proving to be partly deprotonated even on the account of the solvent. It wasestablished that methyl substitution at the position N7 in m⁷1 and m⁷X resulted in the practical absence of their interaction with carboxylate-ion and the rise of a new ability of forming complexes with the neutral carboxylic group. The substitution of the C8H group for N in 8-azaXan does not change the interaction specificity of this base with two forms of carboxylic group. uk Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Біополімери і клітина Структура та функції біополімерів Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин Влияние метилирования и взаимодействия с карбоксильной группой аминокислот на УФ спектры пуриновых нуклеотидных оснований и нуклеозидов. 3. Гипоксантин и ксантин Influence of methylation and interactions with amino acid carboxylic group on UV spectra of purine bases and nucleosides in dimethylsulfoxide. 3. Hypoxanthine and xanthine Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин Степанюгін, А.В. Коломієць, І.М. Потягайло, А.Л. Тригубенко, С.А. Богдан, Т.В. Самійленко, С.П. Структура та функції біополімерів |
| title | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин |
| title_alt | Влияние метилирования и взаимодействия с карбоксильной группой аминокислот на УФ спектры пуриновых нуклеотидных оснований и нуклеозидов. 3. Гипоксантин и ксантин Influence of methylation and interactions with amino acid carboxylic group on UV spectra of purine bases and nucleosides in dimethylsulfoxide. 3. Hypoxanthine and xanthine |
| title_full | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин |
| title_fullStr | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин |
| title_full_unstemmed | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин |
| title_short | Вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на УФ спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. Гіпоксантин і ксантин |
| title_sort | вплив метилювання та взаємодії з карбоксильною групою амінокислот на уф спектри пуринових нуклеотидних основ та нуклеозидів. 3. гіпоксантин і ксантин |
| topic | Структура та функції біополімерів |
| topic_facet | Структура та функції біополімерів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154335 |
| work_keys_str_mv | AT stepanûgínav vplivmetilûvannâtavzaêmodíízkarboksilʹnoûgrupoûamínokislotnaufspektripurinovihnukleotidnihosnovtanukleozidív3gípoksantiníksantin AT kolomíêcʹím vplivmetilûvannâtavzaêmodíízkarboksilʹnoûgrupoûamínokislotnaufspektripurinovihnukleotidnihosnovtanukleozidív3gípoksantiníksantin AT potâgailoal vplivmetilûvannâtavzaêmodíízkarboksilʹnoûgrupoûamínokislotnaufspektripurinovihnukleotidnihosnovtanukleozidív3gípoksantiníksantin AT trigubenkosa vplivmetilûvannâtavzaêmodíízkarboksilʹnoûgrupoûamínokislotnaufspektripurinovihnukleotidnihosnovtanukleozidív3gípoksantiníksantin AT bogdantv vplivmetilûvannâtavzaêmodíízkarboksilʹnoûgrupoûamínokislotnaufspektripurinovihnukleotidnihosnovtanukleozidív3gípoksantiníksantin AT samíilenkosp vplivmetilûvannâtavzaêmodíízkarboksilʹnoûgrupoûamínokislotnaufspektripurinovihnukleotidnihosnovtanukleozidív3gípoksantiníksantin AT stepanûgínav vliâniemetilirovaniâivzaimodeistviâskarboksilʹnoigruppoiaminokislotnaufspektrypurinovyhnukleotidnyhosnovaniiinukleozidov3gipoksantiniksantin AT kolomíêcʹím vliâniemetilirovaniâivzaimodeistviâskarboksilʹnoigruppoiaminokislotnaufspektrypurinovyhnukleotidnyhosnovaniiinukleozidov3gipoksantiniksantin AT potâgailoal vliâniemetilirovaniâivzaimodeistviâskarboksilʹnoigruppoiaminokislotnaufspektrypurinovyhnukleotidnyhosnovaniiinukleozidov3gipoksantiniksantin AT trigubenkosa vliâniemetilirovaniâivzaimodeistviâskarboksilʹnoigruppoiaminokislotnaufspektrypurinovyhnukleotidnyhosnovaniiinukleozidov3gipoksantiniksantin AT bogdantv vliâniemetilirovaniâivzaimodeistviâskarboksilʹnoigruppoiaminokislotnaufspektrypurinovyhnukleotidnyhosnovaniiinukleozidov3gipoksantiniksantin AT samíilenkosp vliâniemetilirovaniâivzaimodeistviâskarboksilʹnoigruppoiaminokislotnaufspektrypurinovyhnukleotidnyhosnovaniiinukleozidov3gipoksantiniksantin AT stepanûgínav influenceofmethylationandinteractionswithaminoacidcarboxylicgrouponuvspectraofpurinebasesandnucleosidesindimethylsulfoxide3hypoxanthineandxanthine AT kolomíêcʹím influenceofmethylationandinteractionswithaminoacidcarboxylicgrouponuvspectraofpurinebasesandnucleosidesindimethylsulfoxide3hypoxanthineandxanthine AT potâgailoal influenceofmethylationandinteractionswithaminoacidcarboxylicgrouponuvspectraofpurinebasesandnucleosidesindimethylsulfoxide3hypoxanthineandxanthine AT trigubenkosa influenceofmethylationandinteractionswithaminoacidcarboxylicgrouponuvspectraofpurinebasesandnucleosidesindimethylsulfoxide3hypoxanthineandxanthine AT bogdantv influenceofmethylationandinteractionswithaminoacidcarboxylicgrouponuvspectraofpurinebasesandnucleosidesindimethylsulfoxide3hypoxanthineandxanthine AT samíilenkosp influenceofmethylationandinteractionswithaminoacidcarboxylicgrouponuvspectraofpurinebasesandnucleosidesindimethylsulfoxide3hypoxanthineandxanthine |