Неемпіричне квантово-хімічне моделювання біологічно суттєвих фізико-хімічних властивостей ізольованих та гідратованих молекулярних компонентів ДНК

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет іменi В.Н. Каразіна

УДК 544.18

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора хімічних наук

Спеціальність 02.00.04 - Фізична хімія

Неемпіричне квантово-хімічне моделювання біологічно суттєвих фізико-хімічних властивостей ізольованих та гідратованих молекулярних компонентів ДНК

Горб Леонід Григорович

Харків - 2008

Дисертація є рукописом

Роботу виконано в Інституті молекулярної біології і генетики НАН України (м.Київ), а також в Державному університеті м. Джексона (штат Міссіссіппі, США) і в українсько-американській лабораторії комп'ютерної хімії (м. Харків - м. Джексон).

Наукові консультанти: доктор біологічних наук, професор, член-кореспондент НАН України Говорун Дмитро Миколайович, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України (м. Київ), заступник директора з наукової роботи; доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Шишкін Олег Валерійович, НТК “Інститут монокристалів” НАН України (м. Харків), перший заступник генерального директора з наукової роботи.

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор Висоцький Юрій Борисович, Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри фізичної і органічної хімії; доктор хімічних наук, професор Дорошенко Андрій Олегович, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України, професор кафедри органічної хімії; доктор хімічних наук Качковський Олексій Дмитрович, Інститут органічної хімії НАН України (м. Київ), провідний науковий співробітник відділу кольору та будови органічних сполук.

Захист відбудеться “ 18 ” грудня 2008 р. об 16^oo год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.14 Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, площа Свободи, 4, ауд. 7-80.

З дисертацією можна ознайомитися у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат хімічних наук В.Г. Панченко.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Фундаментальна біологічна значимість молекулярних компонентів ДНК безпосередньо пов'язана з їхніми фізико-хімічними властивостями у ізольованому та гідратованому стані, а також при утворенні деякими з них водневозв'язаних пар. Це стало зрозуміло вже після перших рентгеноструктурних досліджень (Franklin and Gosling, 1953). Про те, що ДНК функціонує в гідратованій формі, переконливо свідчать дані, отримані з використанням численних експериментальних методів, як in vitro, так й in vivo. В той же час стає все очевиднішим, що ступінь гідратації основ ДНК не є постійною: так, 8 - 9 молекул води безпосередньо гідратують їх у водному розчині і тільки 1 - 2 - у активному центрі реплікаційного комплексу. Отже, будь-яке біологічно значиме дослідження фізико-хімічних властивостей молекулярних компонентів ДНК повинно включати як неодмінну складову певну кількість гідратаційних молекул води. Водночас дослідження фізико-хімічних властивостей ізольованих (негідратованих) молекулярних компонентів ДНК є чи не найважливішим джерелом даних щодо її внутрішньомолекулярних властивостей, які визначають взаємодію ДНК з білками, коли гідратаційна вода витискається із міжмолекулярного інтерфейсу на периферію.

Сучасний етап дослідження біологічних об'єктів характеризується безпрецедентною експансією у цю галузь комп'ютерних методів, особливе місце з-поміж яких посідає неемпірична квантова хімія, яка завдяки стрімкому зростанню обчислювальних можливостей все частіше дозволяє витлумачити, доповнити, а то навіть і замінити деякі фізико-хімічні експерименти, виконання яких поки-ще неможливе.

Запропонована робота на прикладі неемпіричних квантово-хімічних розрахунків фізико-хімічних властивостей молекулярних компонентів ДНК ілюструє всі ці три можливості. Так, зокрема, дослідження структурних параметрів доповнюють відомі дані про структуру ізольованих та гідратованих макромолекул ДНК і передбачають структурну нежорсткість їх піримідинових кілець, розрахунки фізичних властивостей кількісно відтворюють величини спорідненості до протону і вертикальні потенціали іонізації, а моделювання реакційної здатності (таутомерії) передбачають значення констант швидкості як у випадку внутрішньомолекулярного, так і міжмолекулярного обміну протонами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Робота відповідає основному плану фундаментальних досліджень, які проводяться у відділі молекулярної та квантової біофізики Інституту молекулярної біології і генетики НАН України в рамках бюджетних тем “Дослідження глибинних фізико-хімічних механізмів елементарних процесів білково-нуклеїнового пізнавання” (номер державної реєстрації - 0105U005339, 2006-2010 р.р.) та “Дослідження фізико-хімічних механізмів спонтанних точкових мутацій ДНК, спричинених її прототропною таутомерією” (номер державної реєстрації - 0101U000603, 2001-2005 р.р.). Частина роботи виконана на хімічному факультеті Державного університету м. Джексона (штат Міссіссіппі, США) в рамках таких грантів: NSF grant OSR-9452857, NSF CREST grant No. HRD-0318519, NSF EPSCOR grant No. 99-01-0072-08, а також в українсько-американській лабораторії комп'ютерної хімії (м. Харків - м. Джексон).

Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягала у тому, щоб, використовуючи сучасні методи неемпіричної квантової хімії, вивчити біологічно значимі фізико-хімічні властивості молекулярних компонентів ДНК у ізольованому стані, при їхній взаємодії, а також в умовах мікро- та макрогідратації.

Завдання роботи полягали в тому, щоб:

1. Серед неемпіричних методів квантової хімії і методу функціоналу електронної густини виокремити порівняно нетрудомісткі наближення і базисні набори, які б описували з близькою до експериментальної точністю біологічно значимі фізико-хімічні характеристики молекулярних компонентів ДНК та їхніх гідратованих комплексів, а саме: геометричну структуру, потенціали іонізації, спорідненість до протону, коливальні спектри та таутомерні властивості.

2. Проаналізувати залежність потенціалів іонізації, спорідненості до протону та коливальних спектрів від особливостей будови основ ДНК, їхніх водневозв'язаних пар, цукрово-фосфатного кістяка та умов мікро- і макрогідратації.

3. Вивчити, як впливає просторова будова основ ДНК, конформаційні властивості цукрово-фосфатного кістяка, мікро- і макрогідратація на термодинамічні та кінетичні параметри їхньої таутомеризації.

Предмет дослідження: фізичні (геометрична структура, потенціал іонізації, спорідненість до протону, параметри коливань в ІЧ-спектрах) та хімічні (термодинамічна стабільність, бар'єри перенесення протона і константи швидкості) властивості основ ДНК, їхніх водневозв'язаних пар та 2'-дезоксирибонуклеотидів за відсутності та при наявності гідратації.

Методи дослідження: неемпіричні методи квантової хімії, що враховують електронну кореляцію згідно теорій збурень Мюллера-Плессета і зв'язаних кластерів, а також методи функціоналу електронної густини. Наукова новизна одержаних результатів. За допомогою неемпіричних квантово-хімічних методів, що враховують кореляцію електронів, вперше передбачена значна електронна поляризація основ ДНК водним оточенням та встановлено, що основам, як ізольованим, так і у складі нуклеотиду, притаманна конформаційна гнучкість, тобто вони утворюють непласкі конформації за кімнатної температури. Вперше показано, що потенціал іонізації та спорідненість до протону ізольованих основ ДНК можуть бути розраховані з експериментальною точністю порівняно нетрудомісткими квантово-хімічними наближеннями та використані для передбачення аналогічних властивостей як модифікованих основ ДНК, так і нуклеозидів та нуклеотидів.

Вперше вивчено термодинамічні та кінетичні закономірності, які характеризують внутрішньо- та міжмолекулярне перенесення протону в ізольованих і гідратованих основах ДНК та у їхніх водневозв'язаних парах за фізіологічної температури. Ця інформація використана для оцінки внеску таутомерії основ ДНК у частоту спонтанних точкових мутацій у бактеріях Еscherichia coli.

Теоретичне і практичне значення роботи. Основним теоретичним результатом роботи є розробка підходу, який дозволяє на основі розрахованих квантово-хімічними методами фізичних і хімічних властивостей молекулярних компонентів ДНК, аналізувати та передбачати їхню поведінку як у ізольованому, так і у гідратованому стані, а також при взаємодії одних з одним. Результати автора широко цитуються світовою науковою спільнотою: так, наприклад, статтю, присвячену дослідженню внутрішньомолекулярного перенесення протону в ізольованих та гідратованих молекулах гуаніну (J. Am. Chem. Soc.-1998.- V.120.- P.5024-5032), процитовано більше 125 разів.

Одержані в роботі результати мають також і практичне застосування.

Результати досліджень конформаційної гнучкості основ ДНК спонукають спеціалістів у галузі класичної молекулярної динаміки модифікувати силові поля. Розрахунки з експериментальною точністю потенціалів іонізації та спорідненості до протона дозволяють передбачати поведінку, а саме пошкодження основ ДНК, пов'язаних з їхньою іонізацією.

Термодинамічні і кінетичні параметри внутрішньо- і міжмолекулярного перенесення протону в гуаніні, цитозині, AT- і GC-парах основ ДНК є надійним квантово-хімічним підгрунтям для оцінки частоти спонтанних точкових мутацій у залежності від структури нуклеотидних основ та їхнього молекулярного оточення.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися дисертантом на численних міжнародних фахових конференціях, зокрема на Міжнародному симпозіумі з комп'ютерного сприяння в хімічних дослідженнях (Москва, 1996, Російська Федерація), V -XV Міжнародних конференціях «Сучасні тенденції комп'ютерної хімії»(Віксбург, 1996-2001; Джексон, 2002-2006, США), 37-ому Санібел-симпозиумі (Сант-Августин, 1997, США), 26-ому Симпозіумі хіміків-теоретиків південного сходу США (Бірмінгем, 1997, США), 27-ому Симпозіумі хіміків-теоретиків південного сходу США (Талахасі, 1998, США), Конференції, присвяченій пам'яті проф. М. Зернера (Новий Орлеан, 2000, США), I-IV Південно-східних школах з комп'ютерної хімії (Оранж-Біч, 2001-2003, Джексон, 2004-2006, США), 1-ому та 2-ому Міжнародних симпозіумах «Методи і застосування комп'ютерної хімії» (Харків, 2005, Київ, 2007, Україна).

Особистий внесок здобувача. Формулювання основних концепцій та мети дисертації, підходів і методів, планування і постановка задач, вибір об'єктів дослідження, інтерпретація і узагальнення результатів виконані дисертантом одноосібно. Обговорення результатів проведено спільно з проф. Є. Лещинським, (хімічний факультет Держуніверситету м. Джексона, США), д.х.н., ст.н.співр. О. В. Шишкіним (НТК «Ін-т монокристалів» НАН України, м. Харків) і д.б.н., проф., член- кор. НАН України Д. М. Говоруном (Ін-т молекулярної біології і генетики НАН України, м. Київ), проф. М.Монсом (Лабораторія фотоніки при Національному Центрі Наукових Досліджень, м. Сакле, Франція), проф. Д. Клоузом (Східний Університет, м. Тенессі, США) ) та проф. В. А. Сокальським (Технологічний Університет, м. Вроцлав, Польща). У квантово-хімічних розрахунках брали участь О. Ісаєв, Є. Подолян, О. Суханов та А. Фурманчук.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 42 наукові праці, у тому числі - 2 глави у монографіях та 27 статей у провідних фахових виданнях, а також 13 тез доповідей на наукових конференціях і симпозіумах.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків і переліку використаної літератури. Дисертацію викладено на 288 сторінках машинопису. Вона містить 45 рисунків і 68 таблиць. Перелік використаної літератури охоплює 279 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність роботи, показано зв'язок з науковими програмами і темами, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення, приведено дані щодо апробації її результатів та перелік публікацій на тему дисертації.

1. Квантово-хімічні дослідження гідратації та перенесення протона у компонентах ДНК (огляд літератури)

У цьому розділі узагальнено результати, наявні у літературі до початку роботи над дисертацією, з квантово-хімічних розрахунків молекулярної структури, фізичних характеристик, а також таутомерних властивостей ізольованих та гідратованих основ ДНК. Сформульовано ключові проблеми, на вирішення яких спрямована дисертація:

1. Експериментальні дослідження молекулярної структури обмежені окремими даними про рівноважну геометрію компонентів ДНК, які відносяться до кристалічної фази і включають дані, що стосуються їхньої геометрії і конформації безпосередньо в ДНК. Квантово-хімічні дані обмежені розрахунками в наближенні Хартрі-Фока, тобто без урахування електронної кореляції. Вплив гідратації, залежності від структури цукрово-фосфатного кістяка, можливі динамічні ефекти практично не досліджені.

2. Розрахунки таких найважливіших фізичних характеристик молекулярних компонентів ДНК як потенціали іонізації, спорідненість до протона, параметри коливальних смуг в ІЧ спектрах одержані без урахування електронної кореляції і, отже, їх пряме співставлення з експериментальними даними є проблематичним. Вплив мікро- (взаємодія з обмеженою кількістю молекул води) і макрогідратації (взаємодія з водою як континуумом ) практично не досліджено ні експериментально, ні теоретично.

3. Термодинамічні і кінетичні аспекти, як внутрішньомолекулярного, так і подвійного перенесення протонів в основах ДНК, практично не досліджені експериментально, а теоретично вивчені без урахування кореляції електронів або ж з оптимізацією геометрії на рівні методу Хартрі-Фока. Вплив мікро- і макрогідратації вивчено на рівні окремих розрахунків у наближенні Хартрі-Фока. Величини констант швидкості внутрішньомолекулярного перенесення протону відсутні. Зв'язок констант швидкості і рівноваги із частотою спонтанних мутацій, яку спостерігали, не встановлений.

2. Молекулярна структура ізольованих та гідратованих компонентів ДНК

У цьому розділі представлено результати аналізу геометричних параметрів ізольованих та гідратованих основ ДНК, одержаних оптимізацією геометрії в рамках теорії збурень Мюллера-Плессета (MP2) і теорії функціоналу електронної густини (DFT/B3LYP).

Підрозділ 2.1 присвячено детальному аналізу геометричних параметрів ізольованих, моно- і дигідратованих N9H- і N7H-оксо-аміно таутомерів гуаніну (рис. 1), одержаних у наближеннях B3LYP/6-31G(d) і MP2/6-31G(d), а також їхньому порівнянню з аналогічними параметрами негідратованих молекул.

Рис. 1. Структурні формули N9H(A)- і N9H(B)- оксо-аміно таутомерів гуаніну і геометрична структура W16 моно(C)- і дигідратів(D) N9H-оксо-аміно-гуаніну

Знайдено, що N9H-оксо-аміно-форма гуаніну може утворити, як мінімум, п'ять, а N7H- оксо-аміно-форма - дев'ять моногідратів, один із яких наведено на рис.1(C). Встановлено, що взаємодія з однією і двома молекулами води приводить до зміни геометричних параметрів N9H- і N7H-оксо-аміно таутомерів основи тільки у районі утворення водневих зв'язків; всі інші геометричні параметри гетероциклічної системи N7H- і N9H- таутомерів залишаються практично без змін і залежать тільки від хімічної природи таутомерів. Для розуміння причин зниження бар'єра реакції перенесення протону зроблено принципово важливий аналіз тенденцій зміни структурних параметрів водневих зв'язків NH…O і OН…O. Встановлено, що водневі зв'язки між гуаніном і першою молекулою води, певно належать до класу так званих слабких зв'язків. Зроблено припущення, що присутність молекули води (рис. 1С) повинна знизити бар'єр перенесення протона від N1 до О6. Додавання другої молекули води (рис. 1D) призводить до подальших структурних змін у області водневих зв'язків: всі вони стають лінійнішими, а відстані між електронегативними атомами коротшими. Отже, можна очікувати, що присутність двох молекул води є додатковим чинником зниження бар'єра таутомеризації. У той же час зроблено застереження проти безумовного прийняття вищезгаданого твердження, пов'язаного з впливом у протилежному напрямку ентропійного фактора приєднання другої молекули води. Отже, тільки прямі квантово-хімічні розрахунки можуть дати відповідь на питання - чи знижує друга молекула води бар'єр таутомеризації гуаніну.

У підрозділі 2.2 проведено аналіз структури полігідратних комплексів основ ДНК, зокрема вивчено зміни геометричної і електронної структури канонічної форми гуаніна. Об'єктами досліджень вибрано гідратні кластери гуаніну, оточеного 12, 13, 16 і 17 молекулами води, геометричні параметри яких оптимізовано у наближенні B3LYP/6-31G(d).

Найістотнішим результатом серед отриманих є встановлення факту поляризації електронної структури гуаніна водним оточенням, яка може бути описана внеском цвітер-іонної резонансної структури В (рис.2). Підтвердженням цієї гіпотези служить подовження карбонільного зв'язку (0,036Е), скорочення довжини амінного зв'язку (0,036Е), яке супроводжується сплощенням аміногрупи, а також скороченням міжкластера N9H-оксо-аміно-гуаніну (ліворуч), канонічна (А) і цвіттер-іонна (В) резонансні форми (праворуч)

Рис. 2. Геометрична структура гідратного кластера N9H-оксо-аміно-гуаніну (ліворуч), канонічна (А) і цвіттер-іонна (В) резонансні форми (праворуч)

атомної відстані N(1)-C(6) (0,038Е) і подовженням зв'язків N(1)-C(2) і C(2)-N(3) на 0,18 і 0,20Е відповідно. За допомогою NBO- і AIM-аналізів встановлено, що взаємодія канонічної форми гуаніну з водою призводить до утворення значної кількості водневих зв'язків, включаючи й такі, де атом азоту N(11) аміногрупи діє як протоноакцептор. Відмічено також, що вивчення геометричних параметрів гідратних оболонок гуаніну не мало на меті змоделювати першу або дві його гідратні оболонки. Приведені розрахунки покликані отримати детальнішу інформацію про структуру і взаємодії, які не можуть бути одержані в рамках континуальних моделей впливу гідратного оточення на основи ДНК.

Розрахунок кількості молекул води і геометрії першої гідратної оболонки основ ДНК виконано у наближеннні CPMD. Знайдено, що у першій гідратній оболонці гуаніну знаходиться 8 -9, аденіну - 6 -7, цитозину і тиміну - 6 молекул води. В рамках молекулярно-динамичної симуляції, яка включає взаємодію гуаніну з 74 молекулами води, підтверджено гіпотезу про поляризацію електронної структури основи водним оточенням. Знайдено, зокрема, що середня довжина екзоциклічного зв'язку C(2)-N(11) зменшується порівняно з ізольованою молекулою на 0,034Е. Карбонільний зв'язок подовжується на 0,035Е разом із скороченням зв'язку C(6)-N(1) на 0,054Е.

У підрозділі 2.3 проведено квантово-хімічне дослідження полігідратних комплексів аденіну, що містять 12, 13, 14 і 16 молекул води, в наближенні B3LYP/6-31G(d). На прикладі комплексу, що містить 12 молекул води, показано, що геометричні параметри гідратованого аденіну змінюються менше, ніж відповідні параметри гідратованого гуаніну. Зокрема, зафіксовано незначне подовження зв'язків N(3)-C(4) (0,011Е ) і N(1)-C(6) (0,014Е ), а також скорочення зв'язку C(8)-N(9) (0,012Е) у порівнянні з ізольованим аденіном. Як і в випадку гідратованого гуаніну, знайдено гідратний комплекс, у якому атом азоту аміногрупи діє як протоноакцептор водневого зв'язку.

У підрозділі 2.4 аналіз геометричної і електронної будови полігідратних комплексів основ ДНК поширено на випадок піримідинових основ - тиміну і урацилу, оточених 11 молекулами води, та цитозину, оточеного 14 молекулами води. Як і слід було очікувати, гідрофобний характер метильної групи істотно змінює розташування молекул води навколо тиміну в порівнянні з урацилом. У випадку урацилу молекули води розташовані практично в площині молекули, а в випадку тиміну вони істотно виходять з площини в області метильної групи. Виявлено, що характер поляризації структури основи водним оточенням у бік збільшення внеску цвітер-іонної форми у випадку урацилу і тиміну співмірний з таким для гуаніну. Наприклад, для урацилу довжини зв'язків С(2)-О(7) і С(4)-О(8) збільшені на 0,030Е і 0,031Е відповідно, а довжини зв'язків N(1)-C(2) і N(3)-C(4) зменшені на 0,023Е і 0,022Е у порівнянні з ізольованим урацилом. На прикладі цитозину, оточеного 14 молекулами води, показано, що найбільших значень поляризація водним оточенням досягає саме у цій молекулі. У цьому випадку зв'язки N(1)-C(2), C(2)-N3) і C(4)-N(8) коротшають на 0,053Е, 0,039Е і 0,037Е, а зв'язки N(3)-C(4) і С(2)-O(7) подовжуються на 0,039Е і 0,061Е відповідно.

Таблиця 1. Низькочастотні нормальні коливання ізольованих нуклеотидних основ

Коливання	Частота, см-1	Віднесення
	Урацил
1	131	N(3) out-of-plane
2	158	N(1) out-of-plane
	Тимін
1	106	N(1) out-of-plane
2	136	N(3) out-of-plane
3	145	Me rotation
	Цитозин
1	127	N(1) out-of-plane
2	202	NH2 wag.
	Гуанін
1	129	C=O wag.
2	151	N(1) out-of-plane
3	193	purine butterfly
	Аденін
1	158	NH2 wag.
2	207	purine butterfly

Підрозділ 2.5 присвячено аналізу структурної нежорсткості гетероциклічних кілець основ ДНК. Відмічено, що, не дивлячись на те, що рівноважна геометрична струк-тура основ є пласкою (поза площиною молекули знаходяться тільки атоми водню аміногрупи), літературні дані свідчать про легку деформованість піримідинового фрагмента за кімнатної темпер-атури. Серед них - наявність частот нормальних коливань гетероцик-лічного остова в області менше ~200 см^-1 і дані про те, що утворення конформації типу «софа», в якій відхилення від площини молекули на торсійний кут 20^о вимагає порівняно невеликих енергетичних витрат (~< 1,5 ккал/моль). Аналіз легкості, з якою деформуються гетероциклічні кільця, виконано шляхом розрахунків частот нормальних коливань основ ДНК у наближенні MP2/6-31G(d,p) (табл.1). На підставі аналізу форм цих коливань зроблено висновок про те, що ізольовані основи ДНК - гуанін, тимін, урацил і цитозин мають, як мінімум, два напрямки, вздовж яких вони можуть з незначними витратами енергії бути переведені у стан, що відповідає непласкій будові піримідинового кільця. Знайдено також, що аденін - єдина молекула серед основ ДНК, що має ароматичну електронну будову, має тільки один такий напрямок. Використовуючи дані табл. 1, ми оцінили у гармонійному наближенні вклад пласких (відхилення відповідного торсійного кута не більш, ніж 5^о) і непласких конформацій за кімнатної тем-ператури: у всіх розглянутих випадках близько 50% молекул ізольованих основ ДНК займають непласкі стани в кожний момент часу.

Таблиця 2. Заселеність (%) різних конформацій піримідинових кілець за кімнатної температури

Конформація	Тимін	Цитозин	Гуанін	Аденін
Planar	11,9	17,1	17,8	30,3
Вoat-like	12,0	11,3	11,1	10,9
Total twist-boat	29,0	24,2	24,0	24,4
Сhair-like	7,5	7,5	8,7	5,6
Half-chair-like	28,0	29,5	28,0	20,2
Sofa	11,6	10,4	10,4	8,6

Цей аналіз розширено шляхом оцінки внеску різних конформацій в ході молекулярно-динамічного моделювання конформаційної поведінки ізольованих моле-кул основ ДНК за кімнатної температури, виконаного у наближенні CPMD. Результати, представлені в табл. 2, свідчать про вищу гнучкість піримідинового кільця, ніж це випливало з аналізу частот нормальних коливань. Отже, всі ізольовані основи ДНК утворюють непласкі конформації за кімнатної температури, не зважаучи на те, що структурі локального мінімума відповідає пласка конфігурація атомних ядер.

Рис. 3. Геометрична структура моноаніона north/anti (A) і north/syn (B) 2'-дезоксици-тидинфосфату. Внутрішньомо-лекулярні Н-зв'язки зобра-жено пунктиром. Рамкою виділено непласку конформацію цитозину

Підрозділ 2.6 присвячено аналізу різних аспектів геометричної будови 2'-дезоксирибонуклеотидів. Аналіз геометричних параметрів показує, що основи ДНК в нуклеотиді продовжують залишатися нежорсткими, до того ж у ряді випадків, на відміну від ізольованих структур, їхні локальні мінімуми приймають непласкі конформації в області самої основи. Для ілюстрації такої ситуації на рис.3 наведено конформації моноаніона north/anti і north/syn 2'-дезоксицитидинмонофосфата. Добре видно (зона, обмежена на рис.3 рамкою), що в конформації north/syn будова цитозинового кільця непласка, на відміну від конформації north/anti.

Таким чином, можна зробити висновок про те, що взаємодія основи з фуранозним кільцем і фосфатною групою спричиняє значну деформацію піримідинового кільця. Помітніша деформація спостерігається для конформерів з syn-орієнтацією в моноаніонах 2'-дезоксирибонуклеотидів. Крім того, аналіз топології електронної густини виявив існування декількох внутрішньомолекулярних ОН...О і СН....О водневих зв'язків, які не були описані раніше в літературі: вони представлені на рис.3.

У підрозділі 2.7 продовжено дослідження аспектів непланарності основ ДНК при утворенні ними комплементарних пар. Відмічено, що, незважаючи на відомий феномен непланарності, пов'язаний з непласкою рівноважною геометрією аміногрупи, пари основ ДНК продовжували розглядати пласкими.

Оптимізація геометрії у наближеннях МР2/6-31G(d,p) і B3LYP/6-31G(d,p) показала (рис. 4, табл. 3), що обидві пари мають достатні величини торсійних кутів buckle і propeller-twist , щоб вважати їх рівноважні геометрії непласкими. Крім того, на підставі аналізу форм нормальних коливань в області нижче 200 см^-1_, аналогічно виконаному в підрозділі 2.5, зроблено висновок про те, що їхня багаточисельна присутність (табл. 4) призведе за кімнатної температури до збільшення числа непласких конформацій у порівнянні з рівноважною геометрією.

Рис. 4. Геометрична структура АТ- і GC- пар основ ДНК, одержана в наближенні MP2/6-31G(d,p)

Таблиця. 3. Структурні параметри Уотсон-Криківських пар основ ДНК (Рис. 4) (R (Е); б₁, б_2, opening, propeller twist та buckle (град.))

Пара	Квантово-хімічне наближення	R	б1	б2	Opening	Propeller twist	Buckle
AT	B3LYP/6-31G(d,p)	10,10	54,5	55,5	-0,99	0,03	0,01
	MP2/6-31G(d,p)	10,05	54,9	56,1	-0,02	3,31	-5,11
GC	B3LYP/6-31G(d,p)	10,21	53,4	55,3	-2,34	1,76	-3,05
	MP2/6-31G(d,p)	10,20	53,4	55,7	-2,01	6,51	6,31

Таблиця 4. Низькочастотні коливання Уотсон-Криківських пар основ ДНК (см^-1)

Метод	o.o.p. bending	torsion	o.o.p. bending	i.p. bending	stretching	stretching
	гHBs	фs	гHBa	дHBs	нHBa	нHBs
			AT
B3LYP/6-31G(d,p)	20	32	66	102	62	110
MP2/6-31G(d,p)	21	33	66	96	63	111
			GC
B3LYP/6-31G(d,p)	21	34	67	96	131	138
MP2/6-31G(d,p)	26	36	68	89	128	135

3. Неемпіричне квантово-хімічне дослідження фізичних характеристик ізольованих і гідратованих основ ДНК

У даному розділі приведено результати неемпіричного квантово-хімічного дослідження залежності від природи основи ДНК і гідратного оточення таких важливих для розуміння їхньої хімічної і біологічної поведінки характеристик як потенціал іонізації, спорідненість до протону, частоти та інтенсивності нормальних коливань в ІЧ спектрах тощо. Співставлено також розраховані і експериментальні ІЧ спектри і проведено ідентифікацію структури таутомерів гуаніну у газовій фазі.

Результати, приведені в підрозділі 3.1, переслідують мету - з'ясувати точність квантово-хімічних розрахунків з урахуванням електронної кореляції для потенціалів іонізації. У зв'язку з цим експериментальні величини вертикальних і адіабатичних потенціалів іонізації порівнюються з розрахованими у наближенні MP2/6-31++G(d,p). Як видно з табл. 5, наближення МР2, яке використовує техніку спінової анігіляції для видалення спінового «забруднення» хвильової функції методу HF, необмеженого за спіном (РМР2), призводить до майже експериментальної точності розрахунків потенціалів іонізації, включаючи відтворення експериментально спостереженого ряду G < A < C ? T.

Таблиця 5. Експериментальні і розраховані (вертикальні (vert) та адіабатичні (adia)) потенціали іонізації нуклеотидних основ (eB)

Основа	MP2vert	PMP2vert	Expvert	MP2adia	PM2adia	Expadia
Урацил	10,35	9,43	9,50	9,47	9,36	9,32
Тимін	9,50	9,07	9,14	9,00	8,74	8,87
Цитозин	9,44	8,69	8,80	9,07	8,78	8,68
Aденін	9,38	8,62	8,48	8,38	8,23	8,26
Гуанін	8,88	8,33	8,24	8,19	7,90	7,77

Із одержаних результатів випливає, що зниження іонізаційних потенціалів під дією гідратації складає 3,48 - 4,05 еВ, що задовільно співвідноситься з середньою величиною, приведеною в літературатурі (3,5 еВ). Такий значний вклад гідратації дозволяє зробити припущення, що цей фактор може бути одним із істотніших чинників, що визначають реальні потенціали іонізації ДНК. Проте, слід пам'ятати, що в ДНК доступність її основ для молекул води може бути обмеженою. Варто також відзначити, що і в цьому випадку величини потенціалів іонізації змінюються в ряду G < A < C < T у відповідності до експериментального спостереження.

Підрозділ 3.2 присвячено дослідженню впливу мікрогідатації (утворення моно-, ди-, і тригідратних комплексів) на величини вертикальних іонізаційних потенціалів урацилу і тиміну, для яких існують експериментальні дані. Одержані результати свідчать про те, що приєднання першої молекули води знижує потенціал іонізації приблизно на 0,3 еВ, а наступних двох - на 0,2 і 0,1 еВ відповідно. З цією метою проведено розрахунки у наближенні РМР2/6-31++G(d,p) і B3LYP/6-31++G(d,p) значної кількості моно-, ди- і тригідратних комплексів урацилу, тиміну та їхніх низькоенергетичних таутомерів. Як ілюстрація в табл. 6 приведено результати розрахунків потенціалів іонізації найстабільніших гідратів урацилу (U1, U11, U113) і низькоенергетичних таутомерів тиміну (T1, T11, T111). Аналіз одержаних даних дозволяє зробити такі висновки.

Таблиця 6. Розрахункові вертикальні потенціали іонізації (eВ) ізольованих і гідратованих урацилу і тиміну

	РМР2	B3LYP
U	9,44	9,46
U1	9,30	9,34
U11	9,22	9,25
U113	9,21	9,21
T	9,07	9,01
T1	8,94	8,91
T11	8,90	8,84
T111	8,83	8,76

Результати розрахунків підтверджують, що під впливом мікрогідратації вертикальні потенціали іонізації урацилу і тиміну (ймовірно і решти основ ДНК) змінюються. При цьому взаємодія з першою молекулою води призводить до максимального зниження потенціалу іонізації на 0,15 еВ, взаємодія з другою і третьою молекулою води знижує потенціал іонізації на 0,1 еВ. Таким чином, теоретично розраховані потенціали іонізації змінюються у вужчих межах, ніж експериментальні. В дисертації проведено аналіз можливих причин цих розбіжностей і зроблено припущення про те, що одним із вірогідних чинників цього може бути утворення рідкісних таутомерів.

Проведено також розрахунки потенціалів іонізації ізольованих тиміну і їхніх моно-, ди- і тригідратних комплексів, оточених діелектричним континуумом (РСМ-модель,) з діелектричною проникністю 78,8, яка моделює об'ємну воду (макрогідратація). Знайдено, що розраховані таким чином потенціали іонізації практично не відрізняються один від одного (~ 6,7 еВ). Цей результат пояснюється тим, що домінуючий вклад в цю величину дає енергія гідратації катіон-радикала, значення якої практично не залежить від кількості гідратуючих молекул води.

Підрозділ 3.3 присвячено розрахункам однієї з найважливіших фізико-хімічних властивостей основ ДНК - спорідненості до протону в ізольованому стані. Головною особливістю цих розрахунків є те, що у випадку гуаніну і цитозину прийнято до уваги факт співіснування цих молекул у газовій фазі як суміші таутомерів. У зв'язку з цим розглянуто вплив протонування на рівноваги, приведені на рис. 5 і 6. Співставлення результатів розрахунків, проведених у наближеннях MP2/6-31+G(d,p), MP26-311++G(d,p), MР4(SDQ/6-31+G(d,p) і MP4(SDTQ)/6-31G(d,p) (використовувалися геометричні параметри, одержані в наближенні MP2/6-31+G(d,p,), показало, що склад термодинамічно рівноважної суміші протонованого гуаніну і цитозину повинен сильно відрізнятися від складу рівноважної суміші непротонованих молекул: у випадку гуаніну повинен домінувати N7H+оксо-аміно-N9H-таутомер, а протонований цитозин повинен існувати як суміш N3H+-оксо-аміно і syn(N3)O2H+-оксо-аміно- форм.



Рис. 5. Схема протонування канонічної і рідкісних форм гуаніну

Передбачений факт присутності су-міші таутомерів у випадку гуаніну і цитозину прийнято до уваги при розрахунках спорідненості до про-тону. Результати роз-рахунків у наближенні МР2/6-31++G(d,p), а також останні експе-риментальні дані приведено в табл. 7. Із порівняння цих даних випливає, що вони відрізняються один від одного не більше, ніж на два відсотки, тобто отримані з експеримен-тальною точністю. Як і слід було очікувати, середнє значення спорідненості до протону гуа-ніну дуже близьке до величини N7H+оксо-аміно-N9H-таутомера. Середнє значення спорідненості до протону цитозину значно нижче, ніж канонічної форми у зв'язку з істотним вкладом рідкісного таутомера у рівноважну суміш непротонованих таутомерів.



Рис. 6. Схема протонування канонічної і рідкісних форм цитозину

У Підрозділі 3.4 обговорюється іще одна надто важлива фізико-хімічна властивість основ ДНК - параметри їхніх інфрачервоних коливальних спектрів. Приведено розрахунки частот і форм коливань канонічної форми гуаніна і його моно- і дигідратованої форм.

Показано, що їхні спектри відрізняються один від одного, головним чином, в області частот внутрішньомолекулярних коливань, які знаходяться в інтервалі 50 - 300 см^-1 , і в області симетричних і антисиметричних валентних ОН- і NH- коливань, розташованих в області 3400 - 4100 см^-1, що добре узгоджується з результатами, описаними в підрозділі 2.1.

Таблиця 7. Експериментальні і теоретичні величини спорідненості до протону основ ДНК (еВ)

Основа ДНК	Спорідненість до протону, еВ
	Експериментальні дані	Теоретичні дані MP4(SDTQ)/6-31++G(d,p)//
	Greco, 1990	Lias, 1984	MeotNer, 1979	MP2/6-31+G(d,p)
Гуанін	9,86	~9,67	-	9,86
Цитозин	9,79	9,70	9,75	9,91
Аденін	9,72	9,69	9,74	9,75
Тимін	9,09	9,05	9,15	8,94

Підрозділ 3.5 ілюструє застосування неемпіричних квантово-хімічних розрахунків для інтерпретації експериментальних ІЧ-спектрів. З цією метою у наближенні B3LYP/6-31+G(d,p) проведено розрахунки частот (гармонійне наближення) та інтенсивностей коливань восьми низькоенергетичних таутомерів гуаніну з метою ідентифікації їхньої структури, що спосте-рігається в спектрах резонансної двохфотонної іонізації. Співставлення результатів розрахунків з експериментальними даними зображено на рис. 7. Зроблено висновок про те, що на відміну від експериментів з гелійовими краплями у резо-нансних двохфотонних спектрах спостерігаються енергетично високолежачі таутомери гуаніну, помічені на рис. 7 літерами А -С.

Рис.7. Теоретичні ( кольорові) i експериментальні (чорні) коливальні спектри восьми найстабільніших

У підрозділі 3.6 співставляються експе-риментальні і квантово-хімічні дані з метою ідентифікації структури таутомерів.



9MGk-W16

9MGe-W16

9MGe-W67

Рис. 8. Моногідратні таутомери N9-метил-гуаніну

Об'єктами дослідження слугували таутомери моногідратів N9-метил-гуаніну, представлені на рис. 8, для яких методом резонансної двохфотонної іонізації виміряно коливальні ІЧ-спектри. Результати розрахунків трьох найвірогідніших структур моногідратів (рис. 8), виконані на рівні теорії B3LYP/6-31+G(d,p) (гармонійне наближення), зібрані в табл. 8. Співставлення цих даних з експериментальними дозволяє зробити висновок про те, що структури гідрата з анті-аміно-гідрокси-конфігурацією (s-9MeGe-W67), в якій вода діє одночасно як протонодонор і протоноакцептор, краще за все відповідають експериментальним даним.

Таблиця 8. Експериментальні і теоретично розраховані у гармонійному наближенні частоти валентних коливань моногідратів гуаніну ( см^-1 )

	OH…N1H	OH…O6H	NH2sym	NH2anti	OH(водн)
Експеримент	3182	3270	Не спост.	3582	3710
s-9MeGe-W16	3245	3379	3488	3599	3709
s-9MeGe-W67	3159	3314	3499	3617	3713
s-9MeGe-W16	3284	3368	3474	3583	3718

4. Квантово-хімічне моделювання термодинаміки і кінетики внутрішньомолекулярного перенесення протону в основах ДНК

Перенесення протона лежить в основі такої біологічно важливої хімічної властивості основ ДНК як таутомеризм. У цьому розділі проведено неемпіричне квантово-хімічне вивчення природи внутрішньомономолекулярного механізму таутомеризації нуклеотидних основ.

Підрозділ 4.1 присвячено розрахункам відносних вільних енергій Гіббса ізольованих, моно- і дигідратованих таутомерів гуаніну (мікрогідратація), тобто їхньої відносної термодинамічної стабільності. Розрахунки у наближеннях МР2/6-31G(d), МР2/6-311++G(d,p), МР4(SDQ)/6-31G(d,p) і МР4(SDTQ)/6-31G(d,p) показали (в табл. 9 приведено результати розрахунків у наближенні МР2/6-311++G(d,p)), що відносний порядок стабільності ізольованих молекул, підтверджений експериментальними даними:

7G ? 9G ? 9G* >> 7G*,

практично зберігає свою послідовність у випадку моногідратованих таутомерів:

7G.H₂O ? 9G.H₂O >> 9G*.H₂O >> 7G*.H₂O.

Істотні зміни, які призводять до того, що найстабільнішою стає канонічна, характерна для нативної ДНК форма гуаніну, наступають тільки під впливом другої молекули води:

9G.2H₂O > 7G.2H₂O >> 9G*.2H₂O >> 7G*.2H₂O.

Показано також (табл. 9), що під впливом об'ємної води (роз-рахунки макрогідратації у конти-нуальному наближенні Онзагера, ) канонічна кето-аміно-форма гуа-ніну набуває домінуючої стабіль-ності:

9G>> 7G >> 9G*.2H₂O >> 7G*.2H₂O.

Таблиця 9. Відносні вільні енергії Гіббса ізольованих,моно- і дигідратованих таутомерів гуаніну, 300 K (ккал/моль)

Комплекси	MP2 /631++G(d,p)//MP2/6-31G(d)	MP2/6-31G(d)//MP2/6-31G(d)(в розчиннику)
9G	0	0
9G*	1,8	22,5
7G	1,6	13,1
7G*	13,2	30,0
9G.H2O	0,0	0,0
9G*.H2O	10,2	18,6
7G.H2O	1,0	-8,7
7G*.H2O	18,1	9,1
9G.2H2O	0	0
9G*.2H2O	21,1	27,0
7G.2H2O	2,5	7,8
7G*.2H2O	27,3	35,2

Таблиця 10. Величини бар'єрів перенесення протону в прямому і зворотньому напрямках, 300 K

Реакція	MP2/6-31G(d)//MP2/6-31G(d) (вакуум)	MP2/6-31G(d)//MP2/6-31G(d) (у розчині)
Пряма реакція
9G 9TS	148,5	150,6
9G.H2OTS.H2O	58,1	56,5
9G.2H2O9TS.2H2O	71,9	73,2
Зворотня реакція
9G*TS	128,4	128,4
9G*.H2O9TS.H2O	42,7	39,3
9G*.2H2O 9TS.2H2O	48,5	47,7

Таким чином, приведені дані вкотре підтверджують думку про істотну роль молекул води у підтриманні просторової струк-тури ДНК.

Картина прототропних трансформацій основ ДНК буде повнішою за наявності інформації щодо величини бар'єрів, які розділяють локальні мінімуми. Природно також, що аналізувати необхідно як величини бар'єрів прямої (в напрямку від канонічної форми до рідкісної), так і зворотної (в напрямку від рідкісної форми до канонічної) реакції. Ці дані, розраховані у наближенні MP2/6-31G(d), предста-влено в табл. 10. На їхній основі можна зробити висновок про те, що істотний вплив молекули води в зниженні бар'єра перенесення протона, величина якого знижується у два рази у випадку прямої реакції і в три рази у випадку зворотної реакції. Є також різниця у величинах бар'єрів моно- і дигідрат-них комплексів гуаніну. Встановлено також, що вплив об'ємної води (макрогідратація) у даному випадку не такий істотний, як для відносної стабільності таутомерів. У підрозділах 4.2 і 4.3 аналогічну техніку застосовано для розрахунків прототропних рівноваг за участі цитозину і тіоцитозину. У випадку цитозину знайдено, що його взаємодія з молекулою води змінює порядок газофазної стабільності і призводить його до виду, характерного для водного оточення, а саме - робить найстабільнішою канонічну форму. Аналіз величин бар'єрів перенесення протону показав, що вони лише трохи відрізняються від аналогічних бар'єрів у гуаніні і описуються тими ж закономірностями. У підрозділі 4.4 проведено неемпіричні квантово-хімічні розрахунки констант швидкостей внутрішньомолекулярного перенесення протону у гуаніні і його моно- і дигідратованих комплексах для елементарних реакцій, представлених на рис. 10.

Рис. 9. Реакції перенесення протону в гуаніні та їхні константи швидкості

Рис. 10. Кінетичні криві внутрішньомолекулярного перенесення протону в гуаніні за даними неемпіричних квантово-хімічних розрахунків

Геометрію та параметри частот і форм нормальних коливань одержано у наближенні MP2/6- 31G(d), а розрахунок констант швидкостей виконано у наближенні Instanton, яке враховує вірогідність тунелювання при даній температурі. Величини констант швидкостей, приведені на рис.10, свідчать про хімічне нехтування швидкістю таутомеризації у випадку вільної молекули гуаніну. Присутність молекул води прискорює реакцію на 11 - 13 порядків і переводить її у розряд експериментально спостережуваних. При цьому перенесення протону через одну молекулу води виявляється ефективнішим, ніж через дві. Ці дані повністю збігаються з результатами розрахунків бар'єрів перенесення протону, викладеними у підрозділі 4.1.

Підрозділ 4.5 представляє найбільш послідовне з точки зору класичної фізичної хімії дослідження таутомерних властивостей молекули гуаніну - моделювання кінетики внутрішньомолекулярної таутомеризації. Розрахунки геометрії стаціонарних точок, частот і форм нормальних коливань виконано у наближенні MP2/6-31++G(d,p), а розрахунки констант швидкостей - у наближенні Instanton. Проведено моделювання швидкості хімічних реакцій і часу досягнення наступних хімічних рівноваг:

Одержані кінетичні криві представлено на рис. 10. Зроблено висновок про те, що реакції, які розглядаються, є надзвичайно повільними хімічними процесами, оскільки рівноважна концентрація таутомерів досягається приблизно за 2500 годин. У зв'язку з цим зроблено припущення, що суміш таутомерів, що спостерігається в експериментах, виконаних методом резонансної двохфотонної іонізаційної спектроскопії у ближній УФ-області спектра, є нерівноважною ні при 0 К, ні за кімнатної температури.

Таблиця 11. Кінетика появи 9H-syn-гідроксо-аміно- і 9H-anti- гідроксо-аміно- гуаніна за перші 1000 с таутомеризацїї

Концентрація (мол%)
Час (с)	9H-syn-гідроксо-аміно-гуанін	9H-anti- гідроксо-аміно- гуанін
0	0,0	0,0
0,01	2,12?10-9	8,12?10-11
0,1	2,12?10-8	8,12?10-10
1	2,12?10-7	8,12?10-9
10	2,12?10-6	8,12?10-8
100	2,12?10-5	8,12?10-7
1000	2,12?10-4	8,12?10-6

В зв'язку з тим, що час синтезу нового ланцюга ДНК у бактеріях E.coli складає не більше 1000 секунд, детально проаналізована кінетика переходу гуаніну із канонічної в гідроксо-аміно-форму за цей час. Результати розрахунків, представлені в табл. 11, свідчать про те, що фракції, як syn-, так і anti- форм гідроксо-аміно форм гуаніну, вже через одну секунду перевищують величину 10^-10 (частоту спонтанних GCAT переходів) і, отже, цілком можуть бути джерелом відповідних точкових мутацій.

Підрозділ 4.6 поширює термодинамічний опис таутомерії основ ДНК на випадок 2'-дезоксирибонуклеотидів. У зв'язку з цим у термінах вільної енергії Гіббса проаналізовані відносні стабільності і енергії таутомеризації нейтральних, моно- і ди- депротонованих 2'-дезоксирибонуклеотидів (оптимізація геометрії north/anti, north/syn, south/anti і south/syn-конформерів проведена у наближенні B3LYP/6-31G(d), розрахунок енергетичних параметрів - у наближенні B3LYP/6-311++G(d,р). Знайдено, що вплив нескомпенсованого заряду грає значну роль в стабілізації north- і south- конформацій 2'-дезоксирибонуклеотидів. Зокрема, в зв'язку з утворенням внутрішньомолекулярних водневих зв'язків, які відсутні в anti-конформаціях, syn-конформації є глобальними мінімумами, коли заряд 2'-дезоксирибонуклеотидів повністю скомпенсований протонами. В цьому випадку енергетична щілина між north/anti і north/syn-конформерами близька до 1 ккал/моль. Проте, поява нескомпенсованого від'ємного заряду (послідовне видалення протонів з фосфатної групи) дестабілізує syn-конформації і, відповідно, стабілізує anti-конформації, призводячи до того, що тільки anti-конформації (домінуючі в ДНК) є локальними мінімумами в дидепротонованих нуклеотидах.

Таблиця 12. Відносні вільні енергії таутомеризації Гіббса 2'-дезоксирибонуклеотидів (ккал/моль) та контанти таутомеризації, Т=300К

...

Конформа-ція	Q = 0ДG K	Q = -1ДG K	Q = -2 ДG K
2'-деоксиаденозинмонофосфат
north/anti	12,88	3,8·10-10	11,05	8,1·10-9	13,10	2,6·10-10
north/syn	11,40	4,5·10-9	9,4	1,2·10-7	-	-
south/anti	12,69	5,1·10-10	13,74	8,8·10-11	13,27	19·10-10
south/syn	13,56	1,2·10-10	6,19	2,9·10-5	-	-
2'-дезоксицитидинмонофосфат
north/anti	2,44	1,6·10-2	2,45	1,6·10-2	1,98	3,5·10-2
north/syn	2,70	1,1·10-2	-1,70	18	-	-
south/anti	2,68	1,1·10-2	1,98	3,6·10-2	0,55	4,0·10-1
south/syn	4,69	3,7·10-4	-	-	-	-
2'-дезоксигуанозинмонофосфат
north/anti	1,05	1,7·10-1	0,96	2,0·10-1	0,49	4,4·10-1
north/syn	2,95	6,9·10-3	7,29	4,6·10-6	-	-
south/anti	1,05

Подобные документы

• Синтез та властивості 4-заміщених 2-метилхіноліну

  Умови синтезу 4-заміщених2-метилхінолінів, визначення їх спектральних показників і квантово-хімічних констант. Реакційноздібна варіація 4-заміщеного 2-метилхіноліну для подальшого моделювання біодоступних біологічно активних речовин на базі хіноліну.
  
  дипломная работа [2,7 M], добавлен 08.06.2017
  

• Синтез, фізико-хімічні та адсорбційні властивості поліаніліну

  Методи синтезу поліаніліну, характеристика його фізико-хімічних та адсорбційних властивостей, способи використання в якості адсорбенту. Електрохімічне окислення аніліну. Ферментативний синтез з використанням полісульфокислот в присутності лаккази.
  
  курсовая работа [810,7 K], добавлен 06.11.2014
  

• Біологічна активність S-заміщених похідних 2-метил-4-меркапто-8-метоксихіноліну

  Синтез S-заміщеного похідного 2-метил-4-меркапто-8-метоксихіноліна та вивчення їх фізико-хімічних властивостей. Прогноз можливих видів їх біологічної дії за допомогою комп’ютерної програми PASS. Залежність дії синтезованих сполук від хімічної структури.
  
  автореферат [38,4 K], добавлен 20.02.2009
  

• Порівняльні дослідження фізико-хімічних властивостей покриттів, одержаних із фосфатмістячих розчинів, на цинку

  Основи теорії атмосферної корозії. Гальванічний спосіб нанесення цинкового покриття. Лакофарбові покриття. Методи фосфатування поверхні перед фарбуванням. Методика визначення питомої маси, товщини, адгезійної міцності та пористості. Розрахунок витрат.
  
  дипломная работа [3,4 M], добавлен 24.03.2013
  

• Механізм та кінетика екстрагування цільових компонентів з насіння амаранту

  Фізико-хімічні характеристики та механізм вилучення цільових компонентів для визначення лімітуючої стадії процесу. Кінетичні закономірності, математичні моделі прогнозування у реальних умовах, технологічна схема процесу екстрагування з насіння амаранту.
  
  автореферат [51,0 K], добавлен 10.04.2009
  

• Моделювання хімічних реакторів

  Поняття процесу моделювання, особливості його застосування в сфері хімічних технологій. Типи моделей та засоби їх складання. Завдання, що вирішуються на основі математичних моделей хімічних реакторів. Побудова математичної моделі каталітичного реактора.
  
  дипломная работа [632,9 K], добавлен 18.02.2012
  

• Реакційна здатність неорганічних сполук

  Характеристика схильності сполук до хімічних перетворень та залежність їх реакційної здатності від атомного складу й електронної будови речовини. Двоїста природа електрона, поняття квантових чисел, валентності, кінетики та енергетики хімічних реакцій.
  
  контрольная работа [32,1 K], добавлен 30.03.2011
  

• Характеристика аскорбінової кислоти

  Вивчення вітаміну С, опис його властивостей, методик ідентифікації і кількісного визначення. Медичні та фізико-хімічні властивості аскорбінової кислоти, її біосинтез. Фармакодинаміка та фармакокінетика. Залежність між будовою і біологічною активністю.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 30.11.2014
  

• Передумови створення фізико–хімічного аналізу

  Із середини ХІХ століття відбувся поділ хімії на теоретичну і практичну. Передумови створення фізико – хімічного аналізу. Пірометр Курнакова. Нові методи дослідження фізико-механічних властивостей металевих сплавів. Вчення про бертоліди та дальтоніди.
  
  реферат [1,2 M], добавлен 24.06.2008
  

• Методи дослідження екологічного стану водних об'єктів

  Хімічний склад природних вод. Джерела надходження природних і антропогенних інгредієнтів у водні об'єкти. Особливості відбору проб. Застосовування хімічних, фізико-хімічних, фізичних методів анализу. Специфіка санітарно-бактеріологічного аналізу води.
  
  курсовая работа [42,2 K], добавлен 09.03.2010
  

• Контроль якості еластомерів. Пружно-міцнісні властивості гум

  Загальні засади контролю якості еластомерів, чинники й різновиди. Вимоги до фізико-механічних випробувань гум. Контроль пружно-міцнісних властивостей еластомерів. Визначення пружно-міцносних властивостей гум за розтягу, умовно-рівноважного модуля гум.
  
  реферат [30,1 K], добавлен 19.02.2011
  

• Побудова регресійної залежності хімічного складу і механічних властивостей сталі, оптимізація властивостей з використанням отриманої математичної моделі

  Обчислення вибіркових характеристик хімічних елементів, перевірка на випади, кореляційний аналіз. Побудова регресійної моделі сталі. Опис значимості коефіцієнтів рівняння. Рекомендації щодо підвищення властивостей з використанням математичної моделі.
  
  контрольная работа [1,4 M], добавлен 19.04.2015
  

• Загальна характеристика хімічних властивостей Купруму

  Хімічний елемент Купрум у земній корі не надто поширений, всього лише 0,01 %, але він достатньо часто зустрічається і в самородному вигляді. Хімічний елемент Купрум розташований у періодичній системі хімічних елементів під порядковим номером 29.
  
  реферат [99,5 K], добавлен 24.06.2008
  

• Класична теорія будови речовини

  Принципи та методи вивчення будови речовини, інструменти та значення даного процесу. Сутність теорій для пояснення будови хімічних часток: класичної та квантово-механічної. Відмінності даних теорій та особливості їх використання на сучасному етапі.
  
  контрольная работа [1,1 M], добавлен 19.12.2010
  

• Фізико-хімічні методи дослідження якості води

  Гігієнічні вимоги до якості питної води, її органолептичні показники та коефіцієнти радіаційної безпеки й фізіологічної повноцінності. Фізико-хімічні методи дослідження якості. Визначення заліза, міді і цинку в природних водах та іонів калію і натрію.
  
  курсовая работа [846,9 K], добавлен 13.01.2013
  

• Моделювання механізмів полімеризації у плівках фулеритів С60 при їх легуванні атомами нелужних металів

  Огляд будови, коливних та електронних властивостей тонких плівок фулеритів С60 та полімеризованих фулеритів. Квантово-хімічні розрахунки у програмному пакеті Gaussian 03. Метод Хартрі-Фока. Базисний набір. Коливні спектри, електронна структура димерів.
  
  дипломная работа [2,4 M], добавлен 14.03.2013
  

• Хімія та методи дослідження сировини і матеріалів

  Основні положення атомно-молекулярного вчення. Періодичний закон і система хімічних елементів Менделєєва. Електронна теорія будови атомів. Характеристика ковалентного, водневого і металічного зв'язку. Класифікація хімічних реакцій і поняття електролізу.
  
  курс лекций [65,9 K], добавлен 21.12.2011
  

• Хіміко-технологічні процеси - складова хімічного виробництва. Кінетичні закономірності гетерогенних хіміко-технологічних процесів

  Класифікація хімічних реакцій, на яких засновані хіміко-технологічні процеси. Фізико-хімічні закономірності, зворотні та незворотні процеси. Вплив умов протікання реакції на стан рівноваги. Залежність швидкості реакцій від концентрації реагентів.
  
  реферат [143,4 K], добавлен 01.05.2011
  

• Основні закономірності хімічних процесів. Енергетика хімічних процесів

  Дослідження параметрів, що характеризують стан термодинамічної системи. Вивчення закону фотохімічної еквівалентності, методу прискорення хімічних реакцій за допомогою каталізатора. Характеристика впливу величини енергії активації на швидкість реакції.
  
  курс лекций [443,7 K], добавлен 12.12.2011
  

• Хімічні зв’язки, їх типи, будова

  Дослідження явища хімічних зв’язків - взаємодії між атомами, яка утримує їх у молекулі чи твердому тілі. Теорія хімічної будови органічних сполук Бутлерова. Характеристика типів хімічного зв’язку - ковалентного, йодного, металічного і водневого.
  
  презентация [950,3 K], добавлен 17.05.2019
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам