Сахар: конформации в нуклеиновых кислотах
Пятичленное фуранозное кольцо обычно непланарно. Оно может принимать конформацию, подобную конверту (E, от англ. envelope), в которой четыре атома из пяти находятся в одной плоскости, а один атом выходит из нее на расстояние до 0.5 А, либо изогнутую твист-конформацию (T, от англ. twist), в которой любые два соседних атома смещены в разные стороны от плоскости, построенной по трем оставшимся атомам сахарного кольца. В обоих случаях атомы, выходящие из плоскости в ту же сторону, что и атом С5', называют эндо-атомами, а атомы, смещенные в противоположную сторону, экзо-атомами. Соответствующим образом обозначаются и конформации сахарных колец (см. Рис. Различные конформации сахара ). Обычно четыре атома, определяющие плоскость кольца в Е-кон- формации, редко бывают строго компланарными, а смещение атомов от плоскости кольца в Т-конформации редко бывает симметричным. Большее отклонение от планарности называют главным выступом (major puckering), меньшее - минорным (minor puckering). При сокращенной записи символы эндо- и экзо-атомов ставят перед или после букв Е и Т в зависимости от того, о каком выступе идет речь - о главном или минорном. Несимметричная C3'-эндо-C2'-экзо- твист-конформация с C3'-главным и C2'-минорным выступами, обозначается - 3Т2, а подобная ей симметричная - 2Т3, C2'-эндо-конверт обозначается - 2Е, C3'-экзо-конверт - 3Е.
Описанные способы обозначения конформаций сахара являются приближенными и не могут отразить все промежуточные состояния, в которых находятся эти соединения. Для более полного анализа конформаций пятичленных колец использовали метод, основанный на понятии псевдовращения ( Hall L.D. ea, 1970 ).
Фуранозное кольцо находится в основном в двух конформациях:
С3'-эндо(N) и С2'-эндо(S) ( Saenger W., 1973 , de Leeuw H.P.M. ea, 1980 ).
Фуранозное кольцо в составе нуклеозидов замещено несимметрично, поэтому в нуклеозидах и нуклеотидах, структура которых определена кристаллографическими методами, фазовые углы псевдовращения Р распределены по циклу неравномерно. Они образуют две группы, концентрируясь в интервалах от -1 до 34 градусов (С3'-эндо) и от 137 до 194 градусов (С2'-эндо). В соответствии с расположением в цикле псевдовращения эти предпочтительные конформации называют северными (N) и южными (S) (смотри Рис. Различные конформации сахара ). В растворе между этими конформациями поддерживается динамическое равновесие. Быстрый переход от одной конформации к другой происходит с образованием промежуточной О4'-эндо-конформации. Разность энергий этих двух состояний невелика: по теоретическим оценкам она составляет 0.6 - 3.8 ккал/моль ( Levitt M. and Warshel A., 1978 , Olson W.K. and Sussman J.L., 1982 ), а экспериментально полученная величина равна 4.7 ккал/моль ( Furberg S., 1951 ). Положение равновесия между конформациями С2'-эндо и С3'-эндо определяется электроотрицательностью заместителей при атомах С2' и С3'. Конформация сахара в нуклеозидах зависит также от характера модификации основания ( Hruska F.E., 1973 ).
Для ДНК характерны две основные конформации сахарного кольца: С3'-эндо и С2'-эндо (или ее разновидность, С3'-экзо - конформация), переход между которыми определяется активностью молекул воды окружающей среды, а для РНК всегда наблюдается С3'-эндо-конформация.
