Электронные представления в теории точенных мутаций - Данилов В.И.
Скачать (прямая ссылка):
2-нитроинозин, который существует как анион (р/С 3,3) [115]. Шапиро и Пол [116] считают, что он не участвует в спаривании ни с одним из оснований и поэтому ответствен за делеции.
Алкилирующие агенты
Впервые индукция мутаций под действием алкилирующих агентов была описана в работах [117—119]. В дальнейшем оказалось, что большинство из них являются в той или иной мере мутагенами. Уровень их мутагенной активности и специфичности зависит от строения алкильной группы.
До настоящего времени сделано лишь несколько попыток сопоставить химическую специфичность алкилирующих агентов с их мутагенностью. Наиболее широко изучены в отношении как химического действия на ДНК, так и мутагенного эффекта метилирующие и этилирующие агенты (диметилсульфат, диэтилсульфат, метнлметансульфонат, этилэтансульфонат, этилметансульфонат). В результате реакции ДНК с этими агентами алкильная группа замещает водород, присоединенный к нуклеофильному центру. Из всех оснований преимущественно алкилируется Г по положению N,; алкилируются также А по положениям N2 и N3 и Ц по положению N3 [120—125].
Квантовомеханические расчеты [36, 37] также указывают на атом N, гуанина как на наиболее вероятное место алки-лирования оснований.
Мутагенное действие алкилирующих агентов, приводящих к образованию 7-алкил гуанина, может быть связано с тремя механизмами. Один из них обусловлен уменьшением рК Г при его алкилировании, т. е. увеличением концентрации анионных форм Г в ДНК [126].Образование пары меж-
43
ду ионизированным 7-алкнлгуанином и Т в процессе репликации приводит к возникновению транзиции Г — Ц -> -* А — Т.
Второй механизм [123, 127] основан на увеличении положительного заряда на атоме N9, включенном в гликозид-
Рис. 20. Важнейшие резонансные структуры 7-этилгуанозина.
[о Гт
Рис. 21. Замены пар оснований, вызы-ваемые выпадением гуанина из ДНК (О — дефект).
ную связь, при алкилировании Г по N, (рис. 21). При этом, как показывают кваитовомеханические расчеты, заряд на Na возрастает от 0,41 до 0,52 [15]. В результате повышается скорость гидролиза гликозидной связи; гидролиз приводит к отрыву Г от углеводнофосфатного остова ДНК- «Апури-
44
новый пробел», образовавшийся в ДНК при алкилирова-нии, согласно [123—1281, индуцирует транзиции Г — Ц -> -> А — Т, трансверсии Г-Ц-»- Ц — Г, Г — Ц -> Т — А и делеции (рис. 21).
И, наконец, третий механизм мутагенного действия алкилирования связывают с туннельным механизмом мутаций. В работе [1291 было предположено, что при алкилй-ровании Г по N7 или А по N, (N3) изменяются я-электров-ные плотности на атомах, участвующих в образовании Н-связей. -Это приводит к появлению редких таутомерных форм пар оснований и, следовательно, к мутациям. Для проверки этой гипотезы там же простым методом МО JIKAO были вычислены изменения я-электронных плотностей на указанных атомах Г и А при их алкилировании. Результаты вычислений помещены в табл. 9. На основании этих результатов авторы работы [129] приходят к выводу, что алки-лирование ДНК увеличивает концентрацию таутомера
IV пары Г — Ц и таутомера III пары А — Т (см. рис. 1 и 12).
По нашему мнению, столь малые изменения электронных плотностей не могут служить основой для подобного вывода (см. формулы (10) и (12)). Возможно, однако, что алкилирование Г и А вызовет значительное перераспределение электронной плотности на других атомах, что, в свою очередь, сильно изменит форму потенциала, действующего на протоны. Последнее может способствовать туннельному механизму мутаций, который нуждается в более корректном теоретическом рассмотрении.
Недавно получено косвенное доказательство того, что при обработке этилметансульфонатом дезоксигуанозин ал-
Таблица 9
Изменения электронных плотностей на протонодонорных и протоноакцепторных атомах водородных связей ДНК при алкилировании оснований
А- ¦т г-ц
Положение Атом
алкилирования 1 10 1 10 И
7 ---0,012 +0,003 ---0,007 +0,003 +0,003
3 ---0,019 ---0,038
килируется также по положению Ou [I30J; это может привести к увеличению вероятности отщепления протона от атома Nj. в Г.
Имеющиеся данные согласуются с теоретическими представлениями о преимущественном действии алкилирующих агентов на Г. Так, транзиции Г — Ц А — Т составляют 90—99% всех мутаций, вызываемых в Е. coli этилметан-сульфонатом [59].
Глава 3
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАДИАЦИОННОГО МУТАГЕНЕЗА
Летальное действие УФ-радиации
Наиболее изученный вопрос радиационного мутагенеза — вопрос о молекулярных механизмах летального и мутагенного действия УФ-света.
Используя отличия в УФ-спектрах белков и ДНК, экспериментами по поглощению монохроматического света было показано, что мишенью для квантов УФ-излучения, наносящих летальные удары, служит ДНК [1311. Долгое время, однако, было неизвестно, что является причиной летального эффекта УФ-радиации. Начало нового направления в фотобиологии связано с открытием фотодимери-зации Т, которая происходит по связи 5—6 [132—1341.
