ارزیابی اثر استخلاف‌های طبیعی بر قدرت پیوندهای هیدروژنی بین جفت باز آدنین-تیمین

در این پژوهش با استفاده از نظریه تابعی چگالی، آنالیز اتم‌ها در مولکول‌ها و آنالیز اوربیتال‌های پیوندی طبیعی، قدرت پیوندهای هیدروژنی منفرد و انرژی برهمکنش کل، در جفت باز آدنین-تیمین (at) همراه با استخلافات داکسی ریبوز (d) و فسفات (p)، مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه‌های انرژی‌های الکترونی مطلق نشان می‌دهد که ساختارهای دارای استخلاف از جفت باز مادر at ، پایدارتر هستند. علاوه بر این بر طبق نتیجه‌های انرژی پیوند هیدروژنی، اتصال داکسی ریبوز از سمت آدنین نسبت به تیمین، باعث افزایش بیشتر قدرت پیوند هیدروژنی کل شده است. در همه ساختارها، اتصال داکسی ریبوز باعث افزایش قدرت پیوند هیدروژنی n-h…n و کاهش قدرت n-h…o می‌شود. در حالی که اتصال فسفات باعث تعدیل اثر افزایشی استخلاف داکسی ریبوز بر روی قدرت پیوند هیدروژنی می‌شود. جالب است بدانیم که پیوند c-h…o نسبت به دو پیوند هیدروژنی دیگر ضعیف‌تر است، ولی استخلافات بالا این پیوند هیدروژنی را بیش تر از دیگران تحت تاثیر قرار می‌دهد. از سویی پیوند هیدروژنی n-h…n قوی‌تر از دو پیوند دیگر است و بیش‌ترین مقدار انرژی این پیوند متعلق به ساختار d-at است. همچنین این ساختار بالاترین انرژی کل پیوند هیدروژنی را داراست. بر طبق نظریه اتم‌ها در مولکول‌ها می‌توان قدرت پیوندهای هیدروژنی در جفت باز at با استخلافات متفاوت را متوسط در نظر گرفت. همچنین معادله‌ خطی خوب بین انرژی کل پیوندهای هیدروژنی با مجموع چگالی الکترونی در پیوندهای هیدروژنی x-h…y، مجموع تغییرات فاصله x-h، مجموع عدد اشغال اوربیتال ضد پیوندی x-h و مجموع تغییرهای فرکانس ارتعاش کششی x-h مشاهده شد. این معادله‌های خطی خوب نشان می‌دهد، این پارامترها، توصیفگرهای مناسبی برای قدرت پیوندهای هیدروژنی منفرد و انرژی کل این پیوندها در سامانه‌های در دست مطالعه هستند.

evaluation of the effect of doxy-ribose and phosphate substituents on the strength of hydrogen bonds between adenine-thymine base pair

in this study, using density functional theory, atoms in molecules and natural bonding orbital’s analyses, the strength of individual hydrogen bonds and the total interaction energy in the thymine-adenine (ta) base pair containing deoxyribose(d) and phosphate(p) substituents, was evaluated. the results of the absolute electron energies show that the structures containing the substituents are more stable than the ta base pair. in addition, according to the results of the hydrogen bonding energy, the binding of deoxyribose to adenine increase the total hydrogen bond strength more than binding this substituent to thymine. in all structures, deoxyribose binding increases n-h…n hydrogen bond strength and decreases n-h…o bond strength. while phosphate group modulates the additive effect of deoxyribose on hydrogen bond strength. it is interesting to note that the c-h...o bond is weaker than the other hydrogen bonds, but the mentioned substituents affect this hydrogen bond more than others. also, the hydrogen bond of n-h ...n is stronger than the other hydrogen bonds and the highest of the energy value of this bond belongs to the ta-d structure. it also has the highest total hydrogen bond energy. moreover, four parameters were introduced as suitable descriptors for evaluating the hydrogen bonding of this system.