Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини
Мета. Виявити повне сімейство конформерів a- і b-аномерних форм молекули 2-дезокси-D-рибофуранози і встановити, чи може ця молекула слугувати моделлю цукрового залишку ДНК. Методи.
 Конформації молекули описано за допомогою чотирьох торсійних кутів (b, g, e, і c') та кута псевдообертанн...
Saved in:
| Published in: | Вiopolymers and Cell |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155616 |
| 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: | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини / Т.Ю. Ніколаєнко, Л.А. Булавін, Д.М. Говорун // Вiopolymers and Cell. — 2011. — Т. 27, № 1. — С. 74-81. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1862530631750123520 |
|---|---|
| author | Ніколаєнко, Т.Ю. Булавін, Л.А. Говорун, Д.М. |
| author_facet | Ніколаєнко, Т.Ю. Булавін, Л.А. Говорун, Д.М. |
| citation_txt | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини / Т.Ю. Ніколаєнко, Л.А. Булавін, Д.М. Говорун // Вiopolymers and Cell. — 2011. — Т. 27, № 1. — С. 74-81. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вiopolymers and Cell |
| description | Мета. Виявити повне сімейство конформерів a- і b-аномерних форм молекули 2-дезокси-D-рибофуранози і встановити, чи може ця молекула слугувати моделлю цукрового залишку ДНК. Методи.
Конформації молекули описано за допомогою чотирьох торсійних кутів (b, g, e, і c') та кута псевдообертання фуранозного кільця Р. У 810 стартових геометріях для всіх аномерів кожен з кутів b, g, e,
і c' набував кожного із значень +60°, –60°і 180°, а кут псевдообертання фуранозного кільця при цьому – кожного з 10 різних значень. Оптимізацію геометрії проведено квантово-механічним методом
функціоналу густини (DFT) з використанням обмінно-кореляційного функціоналу B3LYP і стандартного базисного набору 6-31G(d,p). Електронні енергії при оптимізованих геометріях розраховано методом MP2/6-311++G(d,p), а для енергетично найвигідніших конформерів a- і b-аномерних
форм – методом MP2/cc-pVQZ. Ангармонійність власних коливань молекули описано в рамках спектроскопічної теорії збурень другого порядку (PT2). Результати. Одержано повні сімейства конформерів для двох аномерних форм молекули 2-дезокси-D-рибофуранози. Для a-аномера воно налічує
94 структури, для b-аномера – 107. Визначено, що в газовій фазі у термодинамічно рівноважній
суміші a- і b-аномерів переважають представники a-сімейства у пропорції 82:18 %. У кожного з
конформерів охарактеризовано ангармонійність його нормальних коливань. Висновки. Встановлено присутність B- та AII-ДНК-подібних структур у конформаційних сімействах обох аномерів. Показано, що врахування ангармонійності нормальних коливаль може істотно (більш ніж на kBT за
нормальних умов) змінювати коливальну складову енергії Гіббса молекули.
Ключові слова: 2-дезокси-D-рибофураноза, конформаційний аналіз, розрахунки ab initio.
Aim. To reveal the exhaustive conformational family for a- and banomeric forms of the 2-deoxy-D-ribofuranose molecule and to elucidate whether this molecule can be considered as the representative DNA sugar model. Methods. The molecule conformations were
described with four torsion angles (b, g, e and c') and the sugar
pseudorotation angle P. In 810 initial geometries for each of the
anomeric forms all torsion angles (b, g, e and c') were set to each of
three values: +60, –60 and 180, while the furanose ring pseudorotation angle was set to each of 10 different values. The geometry optimization had been carried out with the quantum-mechanical density functional theory (DFT) method with the B3LYP exchange-correlation functional and standard 6-31G(d, p) basis set. Single point
electron energies in the optimized geometries were calculated at the
MP2/6-311++G (d, p) theory level while the MP2/cc-pVQZ theory
level was used to calculate the electron energies of energetically
most favorable conformations for a- and b-anomeric forms. Normal vibrations anharmonicity was described by the spectroscopic
second-order perturbation theory (PT2). Results. The exhaustive
conformational families for both anomeric forms of the 2-deoxy-Dribofuranose molecule were obtained. For a-anomer it consists of
89 structures and contains 107 structures for b-anomer. It is shown,
that in gas-phase mixture of a- and b-anomers in thermodynamic
equilibrium the former would dominate with the 82:18 % ratio. In
each conformation the normal vibrations anharmonicity has been
characterized. Conclusions. The presence of B- and AII-DNA-like
conformations in conformational families of both anomeric forms is
established. It is shown, that the anharmonic correction can lead to
significant (more than kBT under standard conditions) changes in
the vibrational part of the molecule’s Gibbs energy.
Keywords: 2-deoxy-D-ribofuranose, conformational analysis,
ab initio calculations.
Цель. Выявить полное семейство конформеров a- и b-аномерных форм молекулы 2-дезокси-D-рибофуранозы и установить
возможность использования этой молекулы для моделирования сахарного остатка ДНК. Методы. Конформации молекулы описаны при помощи четырех торсионных углов (b, g, e и c')
и угла псевдовращения фуранозного кольца Р. В 810 стартовых
геометриях для всех аномеров каждый из углов b, g, eи c'принимал каждое из значений +60°, –60°и 180°, а угол псевдовращения фуранозного кольца при этом – каждое из 10 различных
значений. Оптимизацию геометрии выполняли квантово-механическим методом функционала плотности (DFT) с использованием обменно-корреляционного функционала B3LYP и стандартного базисного набора 6-31G(d,p). Электронные энергии
при оптимизированных геометриях вычислены методом MP2/
6-311++G(d,p), а для наиболее энергетически выгодных кон -
формеров a- иb-аномерных форм – методом MP2/cc-pVQZ. Ангармоничность собственных колебаний молекулы описана в
рамках спектроскопической теории возмущений второго по рядка (PT2). Результати. Получены полные семейства конформеров для двух аномерных форм молекулы 2-дезокси-Dрибофуранозы. Для a-аномера оно состоит из 94 структур, а
для b-аномера – из 107. Определено, что в газовой фазе в термодинамически равновесной смеси a- и b-аномеров будут преобладать представители a-семейства в пропорции 82:18 %. У
каждого из конформеров охарактеризована ангармоничность
его нормальных колебаний. Выводы. Установлено наличие B- и
AII-ДНК-подобных структур в конформационных семействах
обоих аномеров. Показано, что учет ангармоничности нормальных колебаний может существенно (более чем на kBT при
нормальных условиях) изменить колебательную составляющую энергии Гиббса молекулы.
Ключевые слова: 2-дезокси-D-рибофураноза, конформационный анализ, расчеты ab initio.
|
| first_indexed | 2025-11-24T02:42:51Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-155616 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7657 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-24T02:42:51Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ніколаєнко, Т.Ю. Булавін, Л.А. Говорун, Д.М. 2019-06-17T08:42:23Z 2019-06-17T08:42:23Z 2011 Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини / Т.Ю. Ніколаєнко, Л.А. Булавін, Д.М. Говорун // Вiopolymers and Cell. — 2011. — Т. 27, № 1. — С. 74-81. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000085 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155616 539.1 Мета. Виявити повне сімейство конформерів a- і b-аномерних форм молекули 2-дезокси-D-рибофуранози і встановити, чи може ця молекула слугувати моделлю цукрового залишку ДНК. Методи.
 Конформації молекули описано за допомогою чотирьох торсійних кутів (b, g, e, і c') та кута псевдообертання фуранозного кільця Р. У 810 стартових геометріях для всіх аномерів кожен з кутів b, g, e,
 і c' набував кожного із значень +60°, –60°і 180°, а кут псевдообертання фуранозного кільця при цьому – кожного з 10 різних значень. Оптимізацію геометрії проведено квантово-механічним методом
 функціоналу густини (DFT) з використанням обмінно-кореляційного функціоналу B3LYP і стандартного базисного набору 6-31G(d,p). Електронні енергії при оптимізованих геометріях розраховано методом MP2/6-311++G(d,p), а для енергетично найвигідніших конформерів a- і b-аномерних
 форм – методом MP2/cc-pVQZ. Ангармонійність власних коливань молекули описано в рамках спектроскопічної теорії збурень другого порядку (PT2). Результати. Одержано повні сімейства конформерів для двох аномерних форм молекули 2-дезокси-D-рибофуранози. Для a-аномера воно налічує
 94 структури, для b-аномера – 107. Визначено, що в газовій фазі у термодинамічно рівноважній
 суміші a- і b-аномерів переважають представники a-сімейства у пропорції 82:18 %. У кожного з
 конформерів охарактеризовано ангармонійність його нормальних коливань. Висновки. Встановлено присутність B- та AII-ДНК-подібних структур у конформаційних сімействах обох аномерів. Показано, що врахування ангармонійності нормальних коливаль може істотно (більш ніж на kBT за
 нормальних умов) змінювати коливальну складову енергії Гіббса молекули.
 Ключові слова: 2-дезокси-D-рибофураноза, конформаційний аналіз, розрахунки ab initio. Aim. To reveal the exhaustive conformational family for a- and banomeric forms of the 2-deoxy-D-ribofuranose molecule and to elucidate whether this molecule can be considered as the representative DNA sugar model. Methods. The molecule conformations were
 described with four torsion angles (b, g, e and c') and the sugar
 pseudorotation angle P. In 810 initial geometries for each of the
 anomeric forms all torsion angles (b, g, e and c') were set to each of
 three values: +60, –60 and 180, while the furanose ring pseudorotation angle was set to each of 10 different values. The geometry optimization had been carried out with the quantum-mechanical density functional theory (DFT) method with the B3LYP exchange-correlation functional and standard 6-31G(d, p) basis set. Single point
 electron energies in the optimized geometries were calculated at the
 MP2/6-311++G (d, p) theory level while the MP2/cc-pVQZ theory
 level was used to calculate the electron energies of energetically
 most favorable conformations for a- and b-anomeric forms. Normal vibrations anharmonicity was described by the spectroscopic
 second-order perturbation theory (PT2). Results. The exhaustive
 conformational families for both anomeric forms of the 2-deoxy-Dribofuranose molecule were obtained. For a-anomer it consists of
 89 structures and contains 107 structures for b-anomer. It is shown,
 that in gas-phase mixture of a- and b-anomers in thermodynamic
 equilibrium the former would dominate with the 82:18 % ratio. In
 each conformation the normal vibrations anharmonicity has been
 characterized. Conclusions. The presence of B- and AII-DNA-like
 conformations in conformational families of both anomeric forms is
 established. It is shown, that the anharmonic correction can lead to
 significant (more than kBT under standard conditions) changes in
 the vibrational part of the molecule’s Gibbs energy.
 Keywords: 2-deoxy-D-ribofuranose, conformational analysis,
 ab initio calculations. Цель. Выявить полное семейство конформеров a- и b-аномерных форм молекулы 2-дезокси-D-рибофуранозы и установить
 возможность использования этой молекулы для моделирования сахарного остатка ДНК. Методы. Конформации молекулы описаны при помощи четырех торсионных углов (b, g, e и c')
 и угла псевдовращения фуранозного кольца Р. В 810 стартовых
 геометриях для всех аномеров каждый из углов b, g, eи c'принимал каждое из значений +60°, –60°и 180°, а угол псевдовращения фуранозного кольца при этом – каждое из 10 различных
 значений. Оптимизацию геометрии выполняли квантово-механическим методом функционала плотности (DFT) с использованием обменно-корреляционного функционала B3LYP и стандартного базисного набора 6-31G(d,p). Электронные энергии
 при оптимизированных геометриях вычислены методом MP2/
 6-311++G(d,p), а для наиболее энергетически выгодных кон -
 формеров a- иb-аномерных форм – методом MP2/cc-pVQZ. Ангармоничность собственных колебаний молекулы описана в
 рамках спектроскопической теории возмущений второго по рядка (PT2). Результати. Получены полные семейства конформеров для двух аномерных форм молекулы 2-дезокси-Dрибофуранозы. Для a-аномера оно состоит из 94 структур, а
 для b-аномера – из 107. Определено, что в газовой фазе в термодинамически равновесной смеси a- и b-аномеров будут преобладать представители a-семейства в пропорции 82:18 %. У
 каждого из конформеров охарактеризована ангармоничность
 его нормальных колебаний. Выводы. Установлено наличие B- и
 AII-ДНК-подобных структур в конформационных семействах
 обоих аномеров. Показано, что учет ангармоничности нормальных колебаний может существенно (более чем на kBT при
 нормальных условиях) изменить колебательную составляющую энергии Гиббса молекулы.
 Ключевые слова: 2-дезокси-D-рибофураноза, конформационный анализ, расчеты ab initio. uk Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Вiopolymers and Cell Molecular Biophysics Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини Analysis of 2-deoxy-D-ribofuranose molecule conformational capacity with the quantum-mechanical density functional method Анализ конформационных возможностей молекулы 2-дезокси-D-рибофуранозы квантово-механическим методом функционала плотности Article published earlier |
| spellingShingle | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини Ніколаєнко, Т.Ю. Булавін, Л.А. Говорун, Д.М. Molecular Biophysics |
| title | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини |
| title_alt | Analysis of 2-deoxy-D-ribofuranose molecule conformational capacity with the quantum-mechanical density functional method Анализ конформационных возможностей молекулы 2-дезокси-D-рибофуранозы квантово-механическим методом функционала плотности |
| title_full | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини |
| title_fullStr | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини |
| title_full_unstemmed | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини |
| title_short | Аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-D-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини |
| title_sort | аналіз конформаційних можливостей молекули 2-дезокси-d-рибофуранози квантово-механічним методом функціоналу густини |
| topic | Molecular Biophysics |
| topic_facet | Molecular Biophysics |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155616 |
| work_keys_str_mv | AT níkolaênkotû analízkonformacíinihmožlivosteimolekuli2dezoksidribofuranozikvantovomehaníčnimmetodomfunkcíonalugustini AT bulavínla analízkonformacíinihmožlivosteimolekuli2dezoksidribofuranozikvantovomehaníčnimmetodomfunkcíonalugustini AT govorundm analízkonformacíinihmožlivosteimolekuli2dezoksidribofuranozikvantovomehaníčnimmetodomfunkcíonalugustini AT níkolaênkotû analysisof2deoxydribofuranosemoleculeconformationalcapacitywiththequantummechanicaldensityfunctionalmethod AT bulavínla analysisof2deoxydribofuranosemoleculeconformationalcapacitywiththequantummechanicaldensityfunctionalmethod AT govorundm analysisof2deoxydribofuranosemoleculeconformationalcapacitywiththequantummechanicaldensityfunctionalmethod AT níkolaênkotû analizkonformacionnyhvozmožnosteimolekuly2dezoksidribofuranozykvantovomehaničeskimmetodomfunkcionalaplotnosti AT bulavínla analizkonformacionnyhvozmožnosteimolekuly2dezoksidribofuranozykvantovomehaničeskimmetodomfunkcionalaplotnosti AT govorundm analizkonformacionnyhvozmožnosteimolekuly2dezoksidribofuranozykvantovomehaničeskimmetodomfunkcionalaplotnosti |