Bezwęglowa struktura DNA - artykuł pracowników WCh

Pracownicy naszego Wydziału, prof. dr hab. Piotr Skurski z Katedry Chemii Teoretycznej i dr Jakub Brzeski z Katedry Chemii Bionieorganicznej, opublikowali w czasopiśmie Phys. Chem. Chem. Phys. artykuł o możliwości zaprojektowania bezwęglowej struktury DNA (carbonless DNA) (link do artykułu). Praca została dostrzeżona przez miesięcznik Chemistry World, wydawany przez Royal Society of Chemistry, w którym zamieszczono notatkę o tych wynikach (link do notatki).

Bezwęglowa struktura DNA została zaprojektowana poprzez zastąpienie wszystkich atomów węgla w standardowych elementach budulcowych DNA atomami boru i azotu, przy zachowaniu izoelektronowości całego układu. W badaniach zastosowano metody kwantowochemiczne, takie jak DFT(ωB97XD) (do analizy zarówno pojedynczych elementów budulcowych, jak i większych fragmentów DNA) oraz  MP2, CCSD i SAPT2+3(CCD)δMP2 (do weryfikacji wyników strukturalnych oraz określenia energii wiązania między parami zasad komplementarnych).

Analiza bezwęglowych analogów elementów budulcowych DNA - cytozyny, tyminy, guaniny, adeniny i deoksyrybozy - wykazała ich silne podobieństwo do zawierających atomy węgla odpowiedników zarówno pod względem struktury przestrzennej, jak i polarności oraz zdolności do wchodzenia w interakcje molekularne. Stwierdzono, że komplementarne pary zasad bezwęglowych analogów posiadają tę samą liczbę wiązań wodorowych o zbliżonej długości i energii do odpowiednich par zasad występujących w standardowym DNA.

Badania bezwęglowych fragmentów DNA zawierających sześć par zasad wykazały, że przyjmują one strukturę podwójnej helisy, analogiczne do naturalnego DNA. Potwierdzono, że parametry strukturalne, takie jak średnica helisy, długość wiązań wodorowych, skok helisy, liczba par zasad przypadająca na skręt helisy i kąt skrętu helisy, są bardzo zbliżone do odpowiednich parametrów obserwowanych w niezmodyfikowanym B-DNA.

Symulacje dokowania bezwęglowego fragmentu DNA zawierającego 12 par zasad z netropsyną jako reprezentatywnym ligandem wskazały na nieznaczne zwiększenie powinowactwa wiązania jonowych i polarnych cząsteczek w rejonie wąskiego rowka w porównaniu z naturalnym B-DNA.