Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Моделирование взаимодействия кофеина с нуклеиновыми кислотами методом молекулярной механики

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Моделирование взаимодействия кофеина с нуклеиновыми кислотами методом молекулярной механики"

На правах рукописи

Грохлина Татьяна Ивановна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОФЕИНА С НУКЛЕИНОВЫМИ КИСЛОТАМИ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МЕХАНИКИ

03 00 02 - биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Пущино - 2007

003178005

Работа выполнена в Институте математических проблем биологии РАН и Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН (г Пущино)

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор Валерий Иванович Полтев

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

Роберт Валентинович Полозов

кандидат физико-математических наук Александр Валентинович Теплухин

Ведущая организация Институт молекулярной биологии

имени В А Энгельгардта РАН

Защита состоится "19" декабря 2007 г Диссертационного Совета Д002 093 01 экспериментальной биофизики РАН по г Пущино, ул Институтская, д 3

в 13_ час 30 мин на заседании при Институте теоретической и адресу 142290, Московская обл,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Автореферат разослан " 19 " ноября 2007 г

Ученый секретарь

Диссертационного совета /Л

кандидат физико-математических наук ^/«¿¿¿¿Г7 н Ф Лапина

ДНК взаимодействует со многими веществами, например, лекарственными препаратами, канцерогенами, мутагенами, и изменения в ее структуре, возникающие при таких взаимодействиях, могут существенным образом сказаться на ее функционировании, оказывать влияние на клеточный метаболизм Вместе с тем, исследования взаимодействий ДНК с низкомолекулярными соединениями способны объяснить особенности ее структуры и функций, а также помочь в направленном синтезе новых лекарственных препаратов

Настоящая работа посвящена изучению взаимодействия кофеина с нуклеиновыми кислотами для объяснения механизмов его влияния на процессы, протекающие внутри клетки с участием ДНК

Методом исследования в данной работе выбран метод молекулярной механики, наиболее быстрый и простой метод компьютерного моделирования, широко применяемый для построения структур биомолекул и изучения механизмов наиболее важных биологических процессов

Общая характеристика работы Актуальность проблемы

Интерес к кофеину возник прежде всего в связи с его широчайшим распространением он присутствует в наиболее популярных напитках - кофе, чае, какао, он и родственные ему соединения входят в состав многих лекарств, причем не только тех, которые доступны при наличии рецепта, но и таких, которые находятся в свободной продаже, поскольку усиливают действие аспирина и других анальгетиков По оценкам специалистов кофеин является наиболее употребляемым лекарством в мире Это - стимулятор центральной нервной системы, сердечной деятельности, он регулирует кровяное давление, повышает работоспособность и концентрацию внимания, снимает усталость Результаты исследований говорят о том, что очень небольшое количество кофеина достаточно для того, чтобы сохранять повышенную концентрацию внимания на протяжении нескольких часов Такие явные эффекты кофеина известны достаточно давно и хорошо изучены

Однако, известно, что кофеин влияет на внутриклеточные процессы, вызывая скрьггые изменения, проявляющиеся не сразу, а по истечении достаточно долгого времени Имеются свидетельства о его влиянии на генетические процессы Накопленные данные свидетельствуют о том, что кофеин защищает от некоторых видов рака, в разных условиях является мутагеном, антимутагеном, ингибитором репарации ДНК, а также влияет на взаимодействие ДНК с другими биологически активными веществами снижает токсичность канцерогенных соединений и уменьшает эффективность некоторых лекарств Полагают, что такая биологическая активность кофеина связана с его способностью взаимодействовать с ДНК Его влияние на функционирование ДНК и, в частности, на взаимодействие ДНК с другими биологически активными веществами объясняется тем, что молекула кофеина

способна, с одной стороны, образовывать комплексы с другими биологически активными веществами исследования комплексов ДНК-лиганд различными методами показывают снижение их концентрации в присутствии кофеина С другой стороны, кофеин способен взаимодействовать непосредственно с ДНК, конкурируя с другими лигандами за места связывания В первом случае говорят о действии кофеина в качестве интерцептора - перехватчика молекул лигандов, во втором - протектора ДНК

Несмотря на то внимание, которое уделяется кофеину и его аналогам в исследовательских работах и обзорах, систематических исследований его взаимодействий с биомолекулами не существует, и молекулярные механизмы его действия изучены пока слабо

Рассмотреть способы связывания двух молекул кофеина, молекулы кофеина с фрагментами нуклеиновых кислот и построить молекулярные модели комплексов кофеина с ДНК можно с помощью теоретических расчетов энергии взаимодействия молекул

Метод молекулярной механики позволяет получать значения потенциальной энергии связывания, минимумы которой соответствуют устойчивым взаимным положениям молекул Эти значения могут быть сопоставлены со значениями энтальпии, полученными экспериментальным путем При хорошем соответствии расчетных и экспериментальных данных на модельных системах метод можно использовать для изучения систем, подобных модельным, для которых нет экспериментальных данных Цели работы

Изучение возможностей связывания кофеина с нуклеиновыми кислотами и построение атомно-молекулярных моделей комплексов кофеина с компонентами и фрагментами нуклеиновых кислот для понимания молекулярных механизмов действия кофеина на ДНК Задачи исследования

1 Уточнение параметров атом-атомных потенциальных функций для расчетов энергии взаимодействия между азотистыми основаниями нуклеиновых кислот и оснований с родственными соединениями

2 Расчет энергии взаимодействия кофеина с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот и поиск низкоэнергетических комплексов основание -кофеин с использованием метода молекулярной механики

3 Построение пространственных моделей возможных комплексов кофеина с фрагментами двойной спирали ДНК по результатам расчета потенциальной энергии взаимодействия и поиска ее минимумов

Научная новизна

В научной литературе нет работ, связанных с проведением систематических расчетов взаимодействия компонентов ДНК с кофеином и построением атомно-молекулярных моделей комплексов кофеин-ДНК

В данной работе расчеты проводились с использованием потенциальных

функций, параметры которых были специально уточнены по экспериментальным данным для расчетов энергии взаимодействия нуклеиновых кислот и их надмолекулярных комплексов

При изучении взаимодействия оснований нуклеиновых кислот с использованием уточненных потенциальных функций, наряду с уже изученными типами структур в минимумах энергии взаимодействия, впервые получены низкоэнергетические комплексы с почти перпендикулярным расположением плоскостей молекул

Для комплексов кофеин-фрагмент ДНК для каждого из оснований и пар оснований получены минимумы всех трех типов, соответствующие стэкинг-структурам, положению компонентов комплексов в одной плоскости и в перпендикулярных плоскостях

С помощью расчетов и минимизации энергии комплексов кофеина с двуспиральными фрагментами ДНК найдены структуры, показывающие возможность встраивания кофеина в малый и большой желоба двойной спирали ДНК, и построены атомно-молекулярные модели таких конфигураций Теоретическая и практическая ценность

Полученные результаты имеют значение для понимания действия кофеина на некоторые генетические процессы и объяснения его влияния на взаимодействие биологически активных веществ с ДНК С помощью построенных атомно-молекулярных моделей комплексов кофеин-ДНК можно планировать эксперимент с тем, чтобы направленно получать данные, необходимые для более полного понимания механизма действия кофеина

Результаты исследования самоассоциации молекул кофеина, проведенные в процессе работы, в сопоставлении с экспериментальными данными позволили развить и обобщить ранее изученные способы образования комплексов кофеина

Апробация

По теме диссертации опубликованы 7 статей Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях (}иГТЕЬ-2002 (Монтевидео, Уругвай), СЫТЕЬ-2003 (Маракеш, Марокко), Р1ЛТЕЬ-2005 (о Маргарита, Венесуэла), на III съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), а также на семинарах ИМПБ РАН и ИТЭБ РАН (секция молекулярной биофизики)

На защиту выносятся.

1 Результаты уточнения атом-атомных потенциальных функций для расчетов энергии взаимодействия оснований нуклеиновых кислот и оснований с родственными соединениями С использованием уточненных параметров потенциальных функций найдены три типа энергетически выгодных комплексов оснований нуклеиновых кислот - с расположением молекул почти в одной плоскости, почти параллельным и перпендикулярным положением плоскостей молекул Последний из типов структур - с расположением молекул

в почти перпендикулярных плоскостях - получен впервые

2 Результаты моделирования самоассоциаций кофеина, полученные при сопоставлении данных ЯМР-исследований водных растворов кофеина и результатов расчетов энергии взаимодействия двух его молекул

3 Результаты расчетов и поиска низкоэнергетических комплексов каждого из оснований нуклеиновых кислот и кофеина, показавшие существование трех типов структур, каждый из которых может быть реализован в различных условиях при взаимодействиях кофеина с компонентами ДНК Структуры с образованием водородной связи между кофеином и атомами аминогрупп оснований, не участвующими в образовании комплементарных пар, возможны при взаимодействии кофеина с двойной спиралью ДНК

4 Результаты поиска минимумов энергии взаимодействия молекулы кофеина с фрагментом ДНК, показавшие возможность комплексообразования кофеин - ДНК в обоих желобах двойной спирали

5 Атомно-молекулярные модели возможных комплексов кофеина с фрагментом двойной спирали

Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из 4-х глав В первой главе представлен обзор литературы, который включает разделы, посвященные нуклеиновым кислотам, их структуре и функциям, изучению влияния кофеина на организмы, его взаимодействиям с биополимерами и взаимодействию нуклеиновых кислот с биологически активными соединениями Во второй главе описывается метод исследования, обосновывается выбор модельной системы, содержится описание атомной структуры соединений, алгоритмов и компьютерных программ, созданных для данного исследования Третья глава посвящена описанию уточненных параметров потенциальных функций и обсуждению результатов расчетов энергии взаимодействия между основаниями В четвертой главе изложены результаты расчетов энергии самоассоциатов кофеина и его взаимодействия с фрагментами нуклеиновых кислот В ней описываются полученные структуры комплексов, представлены их атомные модели, на основе которых предлагаются возможные объяснения некоторых аспектов влияния кофеина на генетические процессы Заключают работу выводы Общий объем диссертации - 127 страниц, включая 21 таблицу, 32 рисунка и список цитируемой литературы, содержащий 191 источник

Содержание работы

Во Введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования

В первой главе приводится обзор литературных данных по вопросам, связанным с объектами данного исследования Здесь характеризуется современное состояние исследований разнообразных действий кофеина, анализируются данные теоретических работ и экспериментов по изучению

само- и гетероассоциаций кофеина, возможности связывания кофеина с ДНК Большая часть этой главы посвящена работам, связанным с вопросами взаимодействия лигандов с ДНК Рассматриваются и характеризуются два основных способа связывания - интеркаляция и взаимодействие по желобам двойной спирали Здесь же дано общее описание структуры нуклеиновых кислот и характеристики основных конформаций ДНК

Во второй главе описан метод исследования - метод молекулярной механики, методика расчетов, дано общее описание алгоритмов и компьютерных программ, созданных соискателем для моделирования взаимодействия молекул

При молекулярно-механическом подходе потенциальная энергия системы аппроксимируется простыми функциями, определяющими силовое поле молекулы и содержащими параметры, численное значение которых выбирается так, чтобы получить согласие с экспериментальными данными Отдельные потенциальные функции описывают изменения длин связей, деформацию валентных углов, торсионные, ван-дер-ваальсовы и электростатические взаимодействия

В работе использовалась простая модельная система, состоящая из двух молекул - кофеина и фрагмента ДНК Для такой системы, пользуясь потенциальными функциями, подобранными для расчетов нуклеиновых кислот, могут быть найдены все низкоэнергетические состояния, и детально исследована зависимость энергии от взаимного положения молекул

Молекула кофеина, а также молекулы оснований, использованные при расчетах, являлись жесткими, за исключением метальных групп, которые свободно вращались вокруг N-C-связи Для расчетов взаимодействия с дуплексом ДНК была использована низкоэнергетическая конформация дуплекса d(GACATGTC), найденная методом молекулярной механики с помощью программы CONAN [Nesterova et al J Biomol Struct Dyn 1997 V 14 P 459-474] Эта конформация хорошо согласуется с результатами исследования этого дуплекса методом ЯМР (двумерные спектры ЯЭО)

В начальных расчетах использовалась геометрия кофеина, полученная на основе кристаллической структуры его моногидрата, затем геометрия была уточнена методом ab initio MP2/6-31G(d,p) Геометрия оснований соответствует усредненным длинам связей и валентным углам в кристаллах мономеров нуклеиновых кислот Расчеты проводились для 9-метилпуринов и 1-метилпиримидинов, чтобы исключить образование водородных связей, невозможных в нуклеиновых кислотах Структура дуплекса фиксирована

Принимая во внимание указанные характеристики системы, энергия связывания двух молекул может быть рассчитана как сумма всех попарных взаимодействий атомов, каждое из которых вычисляется по формулам

ке,е, 4, , В

Формула (1) описывает атом-атомные взаимодействия между атомами, кроме взаимодействий атомов водорода, способных образовывать водородные связи, с атомами-акцепторами протонов Н-связей, которые вычисляются по формуле (2) В (1) и (2) первое слагаемое описывает энергию электростатических взаимодействий по закону Кулона, второе и третье — ван-дер-ваальсовы взаимодействия между несвязанными атомами в виде потенциала 6-12 Леннард-Джонса со специально подобранными коэффициентами и потенциала 10-12 - для атомов, способных к образованию водородных связей Здесь rv - расстояния между атомами i и j, Ау и Bv -коэффициенты притяжения и отталкивания (Av(w>, В,/'0) - для атомов, образующих водородную связь) Значения суммарных зарядов на атомах е, и еу получены с использованием методов Хюккеля (тс-заряды) и Дель Ре (ст-заряды) с параметрами Берто и Пульман Эффективная диэлектрическая проницаемость среды е учитывалась двумя способами принималась равной 1 для расчетов в вакууме, те без учета влияния среды, и использовалась зависимость е от расстояния между атомами (е = г) для неявного представления растворителя при моделировании взаимодействий в среде Эффект учета влияния окружения в этом случае заключается в том, что величина электростатических взаимодействий уменьшается с увеличением расстояния и на больших расстояниях вносит существенно меньший вклад, чем при е=\

Функция энергии системы кофеин-фрагмент НК зависела от переменных, число которых варьировалось в зависимости от вида фрагмента Здесь шесть переменных всегда определяли взаимное положение фрагмента НК и молекулы кофеина, три соответствовали вращению атомов водорода метальных групп кофеина, остальные - вращению метальных групп оснований Для минимизации энергии системы использовался метод Розенброка

В третьей главе описываются результаты уточнения параметров атом-атомных функций для лучшего соответствия результатов расчетов методом молекулярной механики экспериментальным данным по энтальпиям связывания оснований нуклеиновых кислот [Yanson ei al Biopolymers 1979 V 18 P 1149-1170, Poltev et al J Biomol Struct Dyn 1991 V9 P 101-111] и длинам водородных связей в комплексных кристаллах азотистых оснований Уточнение коснулось типов атомов, участвующих в образовании водородной связи и соседних с ними атомов

Таблица 1 демонстрирует лучшее согласие результатов расчетов с уточненными параметрами потенциальных функций на модельных системах по сравнению с другими расчетными методами Значения энергии в наиболее глубоких минимумах для каждой пары оснований, за исключением пары Gua Cyt, находятся в пределах экспериментальной ошибки найденной

эптальпии (АН определена с точностью от 1 до 2 ккал/моль) Расчетные значения энергии для пары виа Су1 здесь, как и в других работах, превышают данные эксперимента Это можно объяснить как более сильными взаимодействиями в кристаллах гуанина и, следовательно, трудностями с испарением молекул гуанина при проведении масс-спектрометрических экспериментов, так и существованием в газовой фазе смеси двух таутомеров гуанина обычного для растворов, кристаллов нуклеиновых кислот кето-таутомера и «редкого» энольного, которые присутствуют здесь в соизмеримых количествах Энергия и структура пар с гуанином в энольной форме может существенно отличаться от пар нормальной кето-формы и влиять на экспериментально полученные характеристики комплексов

Таблица 1. Сравнение значений энергий взаимодействия оснований (ккал/моль) в минимумах, полученных с помощью уточненных потенциальных функций (£), с данными эксперимента АН и результатами других вычислений Указано среднее отклонение (Д) теоретически рассчитанных значений от результатов эксперимента и среднее отклонение без

Пара E ДЯ1 AMBER2 CHARMM3 E*

Ade Thy -12,5 -13,0 -14,5 -13,6 -13,3

Ade Cyt -13,8 -13,5 -13,7 -12,9 -14,3

Gua Cyt -25,6 -21,0 -28,0 -25,5 -25,4

Gua Thy -13,2 -14,5 -16,1 -14,0 -14,7

Thy Thy -9,9 -9,5 -12,1 -10,7 -10,6

Cyt Cyt -17,6 -17,0 -18,7 -18,1 -18,8

Д 1,3 2,4 1,4 1,4

Д' 0,5 1,5 0,9 1,0

2Cornel] WD etal J Ara Chem Soc 1995 V 117 P5179-1597

3 MacKerell A D etal In Encyclopedia of computational chemistry P vR Schleyer etal ed> John Wiky&Sons 1998 P271-277 4HobzaP etal J Comput Chem 1997 V 18 P 1136-1150

Азотистые основания могут образовывать пары с двумя водородными связями несколькими способами, что обусловлено наличием в каждой молекуле оснований нескольких донорных и акцепторных центров Это было показано еще в 1956 году [Donohue J Proc Natl Acad Sei USA 1956 V 42(2) P 60-65], когда были предложены 24 структуры с положением молекул оснований почти в одной плоскости

Таблица 2 Минимумы энергии взаимодействия оснований, отвечающие образованию двух (для пары Gua Cytl - трех) водородных связей Приведены расстояния H N (H О) и N N(N О) для каждой из водородных связей Звездочкой отмечены пары, основания которых, по результатам наших расчетов, не находятся в одной плоскости Приведены

№ Основания Водородные связи1 Расстояния (Ä) E Ei

1 Ade Adel N6-H Ni, Ni H-N6 1,90 2,90 1,90 2,90 -11,4 -11,6 -11,5

2 Ade Ade2 N, H-N6,N7 H-N6 1,89 2,88 1,92 2,86 -11,3 -11,3 -11,0

3 Ade Ade3 n7 h-n6,n6-h n7 1,91 2,85 1,91 2,85 -10,8 -10,8 -10,0

4 Ade Gual N6-H 06, N? H-Ni 1,93 2,88 1,88 2,88 -13,3 -12,0 -15,2

5 Ade Gua2 N6-H Об, Ni H-Ni 1,91 2,91 1,902,90 -14,3 -13,5 -15,7

6 Ade Gua3 n7 h-n2,n6-h N3 2,03 2,94 1,87 2,83 -11,8 -11,9 -10,4

7 Ade Gua4 N6-H N3, N1 H-N2 1,89 2,89 1,89 2,89 -13,5 -13,6 -11,1

№ Основания Водородные связи' Расстояния (Ä) E ES

8 Ade Thyl N6-H 04; N7 H-N3 1,92 2,89 1,87 2,87 -12,5 -12,1 -13,3

9 Ade Thy2 N6-H 04>N, H-N3 1,91 2,91 1,88 2,88 -11,8 -11,5 -12,4

10 Ade Thy3 N, H-N3,N6-H 02 1,88 2,88 1,912,91 -11,3 -11,0 -12,4

И Ade Thy4 N7 H-N3,N6-H 02 1,87 2,87 1,92 2,90 -12,4 -12,0 -13,2

12 Ade Cytl N6-H N3lN, H-N4 1,88 2,88 1,90 2,90 -13,8 -13,9 -14,3

13 Ade Cyt2 N6-H N3,N7 H-N4 1,89 2,85 1,89 2,89 -13,5 -13,5 -14,1

14 Gua Gual 06 H-N2>N7 H-Ni 1,96 2,86 1,86 2,86 -18,7 -18,7 -17,1

15 Gua Gua2 06 H-Ni, Ni-H 06 1,89 2,88 1,89 2,88 -20,5 -20,8 -24,0

16 Gua Gua3 n2-h n3,n3 h-n2 1,89 2,89 1,89 2,89 -14,1 -14,2 -10,3

17 Gua Gua4 N2-H N7,N!-H O6 1,89 2,89 1,92 2,82 -17,0 -16,9 -

18 Gua Thyl Об H-N3, Nj-H 04 1,93 2,93 1,88 2,88 -13,2 -13,3 -14,3

19 Gua Thy2 06 H-N3, Ni-H 02 1,92 2,94 1,89 2,89 -11,5 -11,5 -14,7

20 Gua Cytl 06 H-N^Nj-H N3 n2-h 02 1,87 2,87 1,92 2,93 1,87 2,86 -25,9 -25,7 -25,4

21 Gua Cyt2 N,-H 02,N2-H N3 1,91 2,86 1,95 2,86 -18,2 -18,4 -

22 Gua Cyt3 N2-H N3,N3 H-N4 1,86 2,86 1,91 2,91 -17,4 -17,4 -13,9

23 Thy Thyl 02 H-N3, N3-H 04 1,92 2,91 1,92 2,91 -9,5 -9,5 -10,6

24 Thy Thy2 N3-H 04, 04 H-N3 1,91 2,91 1,91 2,91 -9,9 -9,9 -10,5

25 Thy Thy3 02 H-N3,N3-H 02 1,92 2,90 1,92 2,91 -9,2 -9,3 -10,6

26 Cyt Thyl* N3-H N3>04 H-N4 1,89 2,88 1,90 2,89 -12,0 -11,4 -11,8

27 Cyt Thy2* N3 H-N3,N4-H 02 1,89 2,88 1,92 2,89 -11,1 -10,1 -11,6

28 Cyt Cytl N4-H N3, N3 H-N4 1,88 2,88 1,88 2,88 -17,6 -17,6 -18,8

Здесь и далее нумерация атомов соответствует рекомендациям Комиссии по биохимической номенклатуре IUPAC-IUB - Псогтев В И, Шулюпина Н В Мол биол 1984 Т18 вьтб С 1549-1561 3 Hobza Р et al J Comput Chera. 1997 V 18 Р 1136-1150

Расчеты с использованием уточненных параметров потенциальных функций энергии взаимодействия всех попарных сочетаний азотистых оснований показали, что они образуют энергетически выгодные структуры трех типов почти планарные, параллельные и почти перпендикулярные

Cyt Thy (внизу) Представлены две проекции Отталкивание атомов водорода С2-Н и Н-М2 вызывает нарушение планарности в паре Ade Gua, а атомов кислорода 02 цитозина и Ог тимина - в паре Cyt Thy Значения энергий взаимодействия в этих структурах -14,3 и -12,0 ккал/моль соответственно

Структуры с образованием двух водородных связей и почти планарным положением оснований для всех пар соответствуют наиболее глубоким минимумам энергии Значения энергии 28 таких комплексов и межатомные расстояния в водородных связях представлены в табл 2 вместе с результатами наиболее строгих из известных нам квантово-механических расчетов Многие из таких пар обнаружены экспериментально в кристаллах, в олигонуклеотидных дуплексах или в РНК, некоторые из них могут образовываться при биосинтезе ДНК и РНК и вызывать транзиции или трансверсии

Для некоторых пар оснований имеются структуры (рис 1 и структуры, отмеченные в табл 2), в которых плоскости оснований образуют между собой значительный угол при сохранении двух почти линейных водородных связей, что делает энергию таких конфигураций на 1 ± 0,3 ккал/моль выгоднее, чем для плоской пары Нарушение планарности пар Ade Gua вызвано близким расположением в плоских парах атомов водорода (Н8 Ade и H2i Gua в паре 4, Н2 Ade и Н21 Gua в паре 5), а пар Cyt Thy — близостью отрицательно заряженных атомов кислорода 02 Thy и 02 или 04 Cyt (пары 26 и 27)

Рис 2 Взаимные положения оснований в локальных минимумах энергии взаимодействий в парах Ade Thy и Thy Thy Все атомы оснований расположены в одной плоскости, за исключением водородов метальных групп Номер в скобках соответствует номеру минимума в табл 2

Для каждого из попарных сочетаний оснований (кроме Cyt Cyt) было найдено несколько плоских структур Для пары Ade Thy самый глубокий минимум энергии имеет хугстиновская пара (8-я в таблице 2), образующаяся,

как и пара 11 - обратная хугстиновская,- в кристаллах производных аденина и тимина Для пары Gua Cyt глобальный минимум соответствует уотсон-криковской паре с тремя водородными связями Вероятность включения в спираль других пар при биосинтезе зависит как от энергии взаимодействия в парах, так и от близости их геометрии к геометрии канонических пар

Молекула тимина имеет ось псевдосимметрии, проходящую через атомы N3 и Сб Поэтому все три пары Thy Thy, так же как пары Ade Thy 8 и 11 (см, табл 2), примерно одинаковы по размерам и форме (рис 2) Различия же в значениях энергии указанных пар невелики Можно предположить, что такие пары сосуществуют в одном кристалле, что соответствует данным нейтронографических исследований кристаллов 1-метилтимина и комплекса 1— метилтимин 9-метиладенин [Frey et al J Chem Phys 1973 V59 P 915-924, Kvick et al J Chem Phys 1974 V61 P 2711-2719] Рассчитанные длины водородных связей совпадают с точностью до 0 015 А с соответствующими расстояниями в кристаллах Отклонения водородных связей от линейности также совпадают

Второй тип комплексов, стэкинг-ассоциаты, неоднократно описывались в литературе Они формируются в водных растворах Общими чертами таких структур являются частичное перекрывание и довольно значительные смещения оснований друг относительно друга в почти параллельных плоскостях, изменения угла поворота оснований вокруг оси, перпендикулярной плоскости основания Стэкинг-ассоциаты менее энергетически выгодны, чем плоские структуры, однако вклад этих типов взаимодействий в формирование и стабильность двойной спирали примерно одинаково значим Природа устойчивости этих двух типов комплексов различна, планарные структуры стабилизируются в большей степени электростатической составляющей энергии, а параллельные - главным образом ван-дер-ваальсовыми силами Для структур, близких к положениям пар в двойной спирали, полученные значения расстояний между плоскостями составляют примерно 3 3 Ä, что более точно соответствует результатам экспериментов, чем результаты расчетов с прежней версией потенциалов.

Таблица 3 Примеры локальных минимумов энергии взаимодействия между основаниями, отвечающих почти перпендикулярному расположению их колец Взаимные положения

Минимумы Е, ккал/моль Водородная связь Расстояния Н-связи

1 -8,6 N6-Hi2 N3 1,92 2,90

AdelAde 2 -9,1 n6-h62 n7 1,91 2,89

3 -5,8 n6-h62 n, 1,92 2,88

1 -8,5 n6-h62 o2 1,93 2,91

AdelThy 2 -8,2 n6-H62 O4 1,93 2,91

3 -7,9 N3 H3-N3 1,93 2,90

Третий тип структур - перпендикулярные минимумы - с образованием водородных связей И-Н N или Ы-Н О и расположением оснований в

плоскостях, угол между которыми составляет от 60° до 90°, был получен в этой работе впервые (рис. 3 и табл. 3).

Рис. 3. Взаимные положения оснований в некоторых локальных минимумах энергии двух молекул аденина - вверху и аденина и тимина - внизу, отвечающих почти перпендикулярному их расположению и образованию одной водородной связи

Энергия некоторых комплексов может быть больше по абсолютной величине, чем в стопочных ассоциатах, но всегда меньше, чем в соответствующих плоских парах. Такие структуры оснований могут возникать при включении нуклеозидтрифосфата во вновь синтезируемую ДНК, при связывании мономеров нуклеиновых кислот или их аналогов с двуспиральными фрагментами, когда положения, соответствующие первым двум типам, уже насыщены внутриспиральными взаимодействиями. Они могут вносить вклад в формирование третичной структуры РНК, в процесс расплетания двойной спирали и другие процессы с участием нуклеиновых кислот. Однако экспериментально обнаружить такие комплексы естественных оснований практически невозможно из-за того, что в кристаллах и растворах другие взаимные положения молекул оказываются энергетически более выгодными.

Четвертая глава посвящена анализу взаимодействия кофеина с фрагментами ДНК и результатам моделирования самоассоциаций кофеина. Исследование структуры самоассоциатов кофеина важно для понимания как его взаимодействий с нуклеиновыми кислотами, так и других аспектов его активности. Проведенные нами расчеты показали наличие пяти равновесных структур для двух ориентаций молекул - параллельной (face-to-back, |Т)> когда поворотом вокруг оси, перпендикулярной плоскости молекулы, удается достичь полного наложения молекул друг на друга, и антипараллельной (face-to-face, fj,), когда при наложении гштичленных колец друг на друга атом N9 совмещается с N7. К такой ориентации приводит поворот одной из молекул вокруг оси, находящейся в плоскости кольца, на угол 180°.

Все пять локальных минимумов (табл. 4, рис. 4) соответствуют почти параллельному положению плоскостей колец с углами между плоскостями от

0,1° до 2,9°, расстояниями от 3,37 до 3,42 А и значениями энергии от -11,1 до -11,8 ккал/моль для е— 1 и от-10,8 до -11,1 ккал/моль для е-г.

Таблица 4. Характеристики димеров кофеина, соответствующие минимумам энергии взаимодействия и барьерам при переходах между минимумами. Приведены результаты расчетов для е= \ н е= г._

E, ккал/моль a, град Перекрывание колец

e= 1 e=r £=l e-r 6-6 6-5 5-5

mpl -11,2 -10,9 2,9 1,4 g s 0

mp2 -11,8 -11,1 0,1 0,5 m m 0

bpl2 -10,6 -10,4 1,5 1,2 s m s

mal -11,3 -11,1 1,9 1,5 m m 0

ma2 -11,1 -10,8 0,4 0,8 g s 0

гпаЗ -11,4 -11,0 1,6 1,1 g s m

ba)2 -10,0 -10,1 1,5 2,1 s g 0

ba23 -10,0 -9,9 3,3 3,1 s g s

ba31 -8,4 -9,1 2,2 0,4 s s m

Первая буква в названии структуры означает минимум (т) или барьер (Ь), вторая соответствует ориентации молекул - параллельная (р) и антипараллельная (а); цифра для минимумов означает его номер, цифры у в названии барьера - переход между минимумом ¡' и минимумом у"; а - угол между плоскостями молекул кофеина; обозначения в колонках, относящихся к перекрыванию колец, означают степень перекрытия шестичленных и пятичленных колец (£ - сильное, т - среднее, б - слабое, 0 - отсутствие).

Рис. 4. Положения молекул в энергетических минимумах (вверху) для антипараллельной ориентации, и барьерах (внизу) при переходе между этими минимумами. Для ясности закрашены кольца более дальних от наблюдателя молекул. Вертикальная, горизонтальная штриховка указывает области перекрытия между шестичленными и пятичленными кольцами соответственно. Клеткой отмечено перекрывание пятичленных колец шестичленными кольцами.

Таким образом, характеристики найденных структур соответствуют данным более ранних исследований [Кап et al. Biopolymers. 1980. V.19. P.1641-1654; Falk et al. Can. J. Chem. 1998. V.76. P.48-56] о формировании в водных растворах стэкинг-комплексов с существенным перекрытием

шестичленных колец, поворотом одной молекулы относительно другой на некоторый угол и расстоянием между плоскостями около 3 4 А Найденные структуры с образованием слабых водородных связей С8-Н 02 или С^-Н Об значительно менее выгодны с энергетической точки зрения

■«о ■а,5 "9,0 -95 -10 0 10 5 11.0 115 -120

/

1 ' 1 1 / J

1 1 л \ v\ / / /1 » // i

\ \ \\ /1 ¡i

\\ Д ¡i //

1 г V / V—У ___^ / _,'. \ / / \ 1 ' ! N. * и *•/

\ у--' /

inpl

ntp2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1В0 200 220 240 260 2S0 300 320 340 3Ó0 Угол поворота град

// // // -«-r—t- у/ ■"• V—'V.......— -.....- / \1\ J -rt-* v\ i

г/ та2 т«3 та1ч

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Угол поворота, град

Рис. 5 Зависимость энергии взаимодействия двух молекул кофеина в стэкинг-положении от угла поворота одной молекулы относительно другой вокруг оси, перпендикулярной плоскости одной молекулы Обозначены энергетические минимумы и барьеры при переходе между ними вверху - для параллельной (Гасе-ю-Ьаск), внизу - для антипараллельной ^асе-ю-Гасе) ориентации молекул Минимизация по всем переменным, кроме указанного угла поворота, выполнена для всех значений угла с шагом 2°

Исследование путей переходов из одной стэкинг-структуры в другую для минимумов одной ориентации показало наличие барьеров до 3,1 ккал/моль для е = 1 и до 2 ккал/моль для е = г (рис. 5). Структуры в разных ориентациях разделены барьером высотой около 5 ккал/моль. Расчеты, учитывающие влияние окружения, когда значение эффективной диэлектрической проницаемости s зависит от расстояния между атомами, показали, что характер зависимости энергии системы от угла поворота не меняется по сравнению с расчетами в вакууме. Геометрические характеристики комплексов в минимумах энергии также совпадают.

Сопоставление теоретически рассчитанных химических сдвигов протонов для найденных структур димеров и данных, полученных в результате анализа *Н .ЯМР-спектров растворов кофеина различной концентрации, экстраполированных к нулевой концентрации, позволило предположить, что в растворе кофеина имеет место суперпозиция различных стэкинг-ассоциатов и указать структуры, вносящие наибольший вклад в нее (mal и mpl).

Для взаимодействия молекулы кофеина с каждым из оснований ДНК найдены энергетически выгодные структуры каждого из трех описанных выше типов, положения молекул в которых в общих чертах подобны аналогичным положениям для двух оснований. Все три типа структур возможны и при взаимодействии кофеина с комплементарными парами.

Рис. 6. Некоторые стэкинг-положения кофеина и оснований - аденина (а,Ь), гуанина (с,ё), цитозина (е,^, тимина Слева показаны структуры в антипараллельной ориентации молекул, справа - в параллельной.

Стэкинг-структуры для отдельных оснований (рис. 6) возможны только для мономеров или расплетенных участков ДНК. Наиболее сильные взаимодействия имеют место в комплексах кофеина с гуанином с энергией в наиболее глубоких минимумах до -13,1 ккал/моль для е= 1 и -11,0 ккал/моль для е = г. Для комплексов с другими основаниями взаимодействия несколько

слабее до -11,4 (-9,3) ккал/моль для цитозина, до -10,6 (-9,4) для аденина и до -9,6 (-9,0) для тимина Наибольшие изменения в значении энергии и в структуре при изменении е происходят в комплексах с цитозином, что можно объяснить большей полярностью молекулы цитозина Расстояния между плоскостями молекул колеблются от 3,35Ä до 3,45Ä

Стэкинг-положения для пар оснований имеют наилучшую энергию, но их реализация требовала бы интеркаляции кофеина в дуплекс, те заметных изменений в структуре двойной спирали, приводящих к ослаблению взаимодействий между соседними парами оснований, что маловероятно, поскольку молекула кофеина слишком мала по сравнению с другими интеркаляторами Такие положения могут возникать на концах спирали или в неспиральных участках ДНК или в РНК

Плоские и перпендикулярные структуры с водородной связью между кофеином и основанием ранее не изучались Они могут формироваться атомами оснований, как участвующими в образовании комплементарных пар, так и не вовлекаемыми в этот процесс В первом случае подобные комплексы возможны для отдельных оснований и одноцепочечных фрагментов нуклеиновых кислот, во втором - могут возникать и при взаимодействии с парами в желобах спирали В большинстве плоских структур возникают достаточно близкие, но не укороченные, контакты между метальной группой кофеина и отрицательно заряженным атомом основания Минимумы с почти перпендикулярным положением плоскостей молекул являются наиболее глубокими для взаимодействий кофеин-основание

Для взаимодействия Gua-Caf найдены структуры с раздвоенной водородной связью, когда один атом - акцептор кофеина взаимодействует с двумя довольно близко расположенными в молекуле гуанина донорными группами (Ni-H и N2-H21)1 Все другие минимумы этого типа стабилизируются одной почти линейной водородной связью

В водных растворах обнаружить экспериментально такие положения невозможно взаимодействия с молекулами воды делают стэкинг-ассоциации более выгодными, однако подобные конфигурации возможны для более сложных структур, например, фрагментов ДНК и комплексов с интеркалированными лигандами

Для понимания механизма действия кофеина на функционирование нуклеиновых кислот интересны плоские и перпендикулярные структуры с образованием водородных связей между кофеином и теми водородами оснований, которые не участвуют в комплементарном связывании У пары Ade Thy лишь водород Н^ аденина способен к образованию водородной связи с кофеином, а пара Gua Cyt имеет два таких атома, Н42 цитозина и Н22 гуанина Образование комплексов через формирование водородных связей с H« аденина и Н42 цитозина соответствует расположению кофеина в большом желобе ДНК,

1 Нумерация атомов соответствует рекомендациям IUPAC-IUB

15

с Н22 гуанина - в малом желобе Структуры с положением кофеина в широком желобе ДНК возможны для многих конформаций ДНК, а связывание с гуанином в гликозвдном желобе зависит от конформации и последовательности нуклеотидов

Таблица 5. Характеристики минимумов энергии взаимодействия кофеина с образованием Н-

связи с Нб2 аденина в широком желобе дуплекса <3(С1-А2-Т3-С4) с!(01-Т2-АЗ-С4) В одном

из минимумов (последняя структура, рис 8) образуется вторая Н-связь между 06 кофеина и

Н42 С1 Выделены значения энергии дня нуклеотида, с которым образуется водородная связь

Атом Расстояния в Энергия взаимодействия с нуклеотидами,

. е Н-связи, А _ккал/моль_

кофеина д 1Ч рлч П?аД а д2 тз с4 С4 дз Т2 С1

0 1 1,91 2,86 62,9 -4,3 -1,3 -0,5 -0,2 -2,6 -6,3 -2,1 -1,2

6 г 1,89 2,84 62,0 -4,1 -0,4 -0,6 -0,3 -2,5 -6,7 -0,8 -0,6

0 1 1,90 2,89 47,3 -4,0 -1,5 -0,5 -0,0 -2,7 -6,7 -1,1 -0,7

6 г 1,89 2,81 46,2 -3,5 -1,6 -0,6 -0,2 -3,0 -7,2 -1,0 -0,3

„ 1 1,94 2,87 67,9 -5,4 -1,6 -0,4 -0,7 -1,1 -5,5 -1,0 0,1

6 г 1,95 2,9 71,4 -5,8 -1,5 -0,3 -0,3 -1,6 -6,0 -0,7 -0,2

06 02

1 1,92 2,85 45,1 -4,9 -3,5 -1,6 -1,2 -2,4 -5,3 -0,9 0,1

г 1,90 2,83 44,8 -4,1 -3,2 -1,5 -0,6 -2,6 -5,9 -0,7 -0,1

1 1,91 2,89 53,4 -3,1 -6,0 -1,4 -0,5 -2,9 -1,3 -0,2 -0,4

г 1,89 2,87 52,3 -2,9 -6,6 -1,2 -0,3 -3,2 -1,5 -0,4 -0,3

1 2,06 2,78 44,4 -5,0 -3,6 -2,7 -1,5 -2,4 -4,5 -0,7 0,2

г 2,01 2,73 43,7 -4,4 -3,5 -2,3 -0,7 -2,5 -5,1 -0,7 -0,1

N9

"о; , 1,93 2,1 75,8

Об - 2,06 3,01 89,0 -6'0 -1'2 -°'4 -2'4 -5'5 -°'9

Об г 2М К 88',7 ~6'7 -1'4 -°'2 -°'3 ^ -6'1 -°'8 -°'2

Таблица 6 Характеристики минимумов энергии взаимодействия кофеина с образованием Н-связи с Н22 гуанина в узком желобе дуплекса с1(А1-С2-АЗ-Т4) ё(Т1-02-ТЗ-А4) Выделены значения энергии для нуклеотида, с которым образуется Н-связь Структура с образованием водородной связи с Об кофеина показана на рис 7_

Атом Расстояния в Энергия взаимодействия с нуклеотидами

е Н-связи, А ч>, град_(ккал/моль)_

Н О^ N ..ОЛЧ А1 С2 АЗ Т4 А4 ТЗ О! Т1

кофеина

О« 02 N9

1 1,89 2,88 35,0 -0,5 -1,5 -4,2 -3,6 0,0 -0,1 -5,4 41

г 1,87 2,87 33,5 -0,3 -1,3 -4,6 -3,6 -0,0 -0,1 -6,2 -3,7

1 1,89 2,88 30,2 0,0 0,1 -4,7 -4,3 0,0 -0,0 -6,3 -3,7

г 1,87 2,86 28,7 -0,0 -0,3 -4,5 -4,3 -0,0 -0,1 -6,6 -3,6

1 1,89 2,80 30,3 -0,4 -1,3 -4,2 -3,5 0,0 -0,1 -6,6 -4,6

г 1,87 2,77 30,1 -0,2 -1,1 -4,8 -3,6 -0,0 -0,1 -7,5 -4,1

Расчеты энергии взаимодействия кофеина с фрагментами дуплекса (ЦОАСАТСТС) и построенные атомно-молекулярные модели подтвердили наши предположения о возможности связывания кофеина в желобах двойной спирали Характеристики структур с образованием водородной связи с Н62 аденина и с Н22 гуанина приведены в табл 5 и табл 6 соответственно, а один из

комплексов с положением кофеина в узком желобе — на рис. 7. На рис. 8 показана структура с двумя водородными связями и расположением кофеина в широком желобе ДНК.

Рис. 7. Геометрия одной из конфигураций комплекса кофеина с дуплексом ё(А-С-А-Т):с!(Т-О-Т-А), отвечающая образованию Н-связи 0<5..,Н22-^(Сиа).

Учет влияния окружающей среды введением е = г при исследовании комплексоообразования кофеина с фрагментом дуплекса приводит к большей энергетической выгодности связывания кофеина с нуклеотидом, образующим с кофеином водородную связь. Можно заметить также некоторое уменьшение длин водородных связей. Однако общие черты структур схожи:

- в каждой из найденных структур, особенно в комплексах с расположением кофеина в узком желобе спирали, реализуется достаточно плотная упаковка атомных групп;

- угол наклона молекулы кофеина к плоскости основания, формирующего водородную связь, изменяется в пределах от 30° до 89° и зависит от стерических ограничений, накладываемыми соседними парами оснований и сахаро-фосфатным остовом;

- взаимодействие кофеина с соседними нуклеотидами влияет на стабильность комплексов: вклад энергии взаимодействия кофеина с нуклеотидом, с которым образуется водородная связь, в найденных минимумах составляет не более 50%;

- основной вклад в энергию взаимодействия кофеина с каждым из нуклеотидов вносит его взаимодействие с основанием;

- кофеин в найденных структурах экранирует фрагмент желоба из трех или четырех пар нуклеотидов от связывания с ними других лигандов.

- на формирование комплексов может влиять последовательность нуклеотидов и конформация дуплекса: для некоторых конформаций и определенных последовательностей нуклеотидов возможны комплексы с двумя водородными связями, энергетически более выгодные. Энергия взаимодействия

кофеина со связанными через водородную связь нуклеотидами здесь составляет 70% общей энергии межмолекулярных взаимодействий Это указывает на специфичность взаимодействий кофеина с определенными нуклеотидными последовательностями

Рис. 8 Геометрия комплекса CAF с дуплексом d(C-A-T-G) d(G-T-A-C), отвечающая минимуму энергии с образованием двух Н-связей - 02 H62-N6(Ade) и 06 H42-N4(Cyt)

Образование подобных комплексов может быть существенным для функционирования ДНК, блокируя возможность действия других агентов по одному или обоим желобам двойной спирали, т е указывает на способность кофеина быть протектором, «защитником» ДНК от действия других агентов, что находится в согласии с результатами ЯМР-эксперимента [см, например, Davies etal Eur Biophys J 2001 V30 P 354-366]

■ Уточнены параметры атом-атомных потенциальных функций для расчетов энергии взаимодействия оснований нуклеиновых кислот и их аналогов с учетом новых экспериментальных данных по энергиям взаимодействия между основаниями и взаимным положениям их молекул в кристаллах

■ С помощью уточненных потенциальных функций исследована зависимость энергии взаимодействия оснований нуклеиновых кислот от их взаимного положения и найдены три типа низкоэнергетических конфигураций Два из них, изученные ранее, - с положением молекул почти в одной плоскости и в параллельных плоскостях - определяют стабильность двойной спирали Впервые обнаружены структуры с расположением оснований в почти перпендикулярных плоскостях, которые могут быть промежуточными конфигурациями при синтезе новой ДНК

■ Проведен расчет энергии взаимодействия между молекулами кофеина в разных взаимных положениях и найдены устойчивые конфигурации, среди

Выводы

которых наиболее энергетически выгодны стэкинг-ассоциаты Изучены пути переходов между ними Сравнение химических сдвигов протонов, рассчитанных для найденных структур и полученных экспериментально, позволяет предположить, что в водных растворах кофеина имеет место суперпозиция разных стэкинг-положений, и указать наиболее часто встречающиеся ассоциаты

■ Найдены низкоэнергетические структуры комплексов кофеина с каждым из оснований и комплементарными парами Показана возможность формирования трех типов таких структур Положения с образованием водородных связей с атомами водородов аминогрупп, не участвующих в уотсон-криковском спаривании, могут реализовываться при взаимодействии кофеина с двуспиральной ДНК

■ Проведены расчеты энергии взаимодействия кофеина с фрагментом дуплекса ДНК Показана возможность формирования энергетически выгодных комплексов с положением кофеина в желобах двойной спирали и образованием водородных связей каждым из протон-акцепторных центров кофеина с аминогруппой гуанина в гликозидном желобе и аминогруппами аденина и цитозина в негликозидном желобе Положение молекулы кофеина в комплексах соответствует достаточно близким ее контактам с другими атомными группами желобов С образованием таких структур может быть связано протекторное действие кофеина по отношению к ДНК при ее взаимодействии с другими биологически активными соединениями

■ Для упрощенной оценки влияния окружающей среды на взаимодействия кофеина может быть использована эффективная диэлектрическая проницаемость, значение которой зависит от расстояния между атомами Расчеты, соответствующие взаимодействиям отдельных молекул (взаимодействия в вакууме), и расчеты с упрощенным учетом влияния окружающей среды приводят к практически одинаковым низкоэнергетическим структурам и близким значениям энергии взаимодействия

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

1 VI Poltev, TI Grokhhna A molecular mechanics approach to structure-activity relations in DNA hgands In Anti-cancer drug design biological and biophysical aspects of synthetic phenoxazone derivatives (eds AN Veselkov and D Davies) -SevNTU Press, Ukraine, 2002 P 187-241

2 В И Полтев, А С Дерябина, Э Гонзалез, Т И Грохлина Взаимодействия между основаниями нуклеиновых кислот Новые параметры потенциалов и новые минимумы энергии Биофизика 2002 Т47(6) С 996-1004

3 VI Poltev, ТI Grokhlma, A S Deriabma, Е Gonzalez Caffeine interactions with nucleic acids Molecular mechanics calculations of model systems for explanation of mechanisms of biological actions Theor Chem Acc 2003 V110 P 466-472

4 Т И Грохлина, Н А Полтева, Э Гонзалез, А С Дерябина, В И Полтев Исследование взаимодействия кофеина с основаниями нуклеиновых кислот методом молекулярной механики Биофизика 2003 Т48 Вып 5 С 814-820

5 VI Poltev, ТI Grokhhna, Е González, A Denabina, A Cruz, L Gorb, J Leszczynski, L N Djimant, A N Veselkov The study of three-dimensional structure of caffeine associates using computational and experimental methods J Mol Struct (Theochem) 2004 V709 P 123-128

6 T И Грохлина, H А Полтева, Э Гонзалез, А С Дерябина, В И Полтев Взаимодействие кофеина с фрагментами двойной спирали ДНК Моделирование методом молекулярной механики Биофизика 2005 Т 50 Вып 5 С 818-823

7 AS Denabina, ТI Grokhhna, N A Polteva, Е González, VI Poltev Study of Mechanisms of Some Caffeine Biological Effects via Computer Simulation of Its Interactions with DNA Fragments J Mol Struct (Theochem) 2006 V769 P 97-101

8 VI Poltev, TI Grokhhna, A Denabma, E Gonzalez Interacción de la cafeína con los ácidos nucleicos Cálculos en sistemas modelo usando métodos de mecanica molecular para explicar los mecanismos de su acción biologica El XXVIII Congreso Internacional de QUITEL -Montevideo, Uruguay 2002

9 VI Poltev, TI Grokhhna, E Gonzalez, A Deriabma, A Cruz, T Robinson, L Gorb, J Leszczynski, L N Dymant, A N Veselkov Estudio de la estructura espacial de asociados de moléculas de cafeína utilizando métodos experimentales y de calculo Abstr of 29-eme Congres des CHITEL -Marrakech, Marruecos 2003

10 T И Грохлина, НА Полтева, Э Гонзалез, А С Дерябина, В И Полтев Компьютерное моделирование взаимодействия кофеина с фрагментами нуклеиновых кислот III съезд биофизиков России тез докл -Воронеж, 2004 -Т1 С 137

11 VI Poltev, TI Grokhhna, NV Shulyupina, A Denabina, E Gonzalez Investigación de los Posibles Mecanismos de los Efectos Biológicos de la Cafeína, Utilizando la Modelación Computacional de su Interacción con Fragmentos de Biopolímeros El XXXI Congreso de QUITEL -Marganta, Venezuela 2005

Подписано в печать 15 11 2007 г Исполнено 16 11 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 988 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш, 36 (495) 975-78-56 www autorefcrat iu

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Грохлина, Татьяна Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ.

1.1 Нуклеиновые кислоты, их структура, функции, значение.

1.2. Кофеин, его биологическое действие н физические свойства.

1.2.1. «Прямые» действия кофеина.

1.2.2. «Побочные» действия кофеина.

1.2.3. Взаимодействие кофеина с нуклеиновыми кислотами.

1.2.4. Самоассоциации молекул кофеина.

1.2.5. Гетероассоциации кофеина с другими молекулами.

1.3. Взаимолействие ДНК с биологически активными соединениями.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Моделирование взаимодействия кофеина с нуклеиновыми кислотами методом молекулярной механики"

ДНК взаимодействует со многими веществами, например, лекарственными препаратами, канцерогенами, мутагенами, и изменения в ее структуре, возникающие при таких взаимодействиях, могут существенным образом сказываться на ее функционировании, оказывать влияние на клеточный метаболизм. Вместе с тем, исследования взаимодействий ДНК с низкомолекулярными соединениями способны объяснить особенности ее структуры и функций, а также помочь в направленном синтезе новых лекарственных препаратов.

Одним из веществ, способных связываться с ДНК и влиять на процессы, происходящие с участием нуклеиновых кислот, является кофеин. Интерес к нему возник прежде всего в связи с его широчайшим распространением: он присутствует в наиболее популярных напитках - кофе, чае, какао; он и родственные ему соединения входят в состав многих лекарств, причем не только тех, которые доступны при наличии рецепта, но и таких, которые находятся в свободной продаже, поскольку усиливают действие аспирина и других анальгетиков. По оценкам специалистов кофеин является наиболее употребляемым лекарством в мире. Это стимулятор центральной нервной системы, сердечной деятельности, он регулирует кровяное давление, повышает работоспособность и концентрацию внимания, снимает усталость. Результаты исследований говорят о том, что очень небольшое количество кофеина достаточно для того, чтобы сохранять повышенную концентрацию внимания на протяжении нескольких часов. Такие явные эффекты кофеина известны достаточно давно и хорошо изучены.

Однако известно, что кофеин влияет на внутриклеточные процессы, взаимодействуя с биополимерами и вызывая скрытые изменения, проявляющиеся не сразу, а по истечении достаточно долгого времени. Накопленные данные свидетельствуют о том, что кофеин защищает от некоторых видов рака [Piosik et al, 2002], в разных условиях может являться мутагеном [Kuhlmann et al, 1968], антимутагеном, ингибитором репарации ДЫК [Selby and Sancar, 1990; Nehlig and Debry, 1994], а также влияет на взаимодействие ДНК с другими биологически активными веществами: снижает токсичность канцерогенных соединений и уменьшает эффективность некоторых лекарств. Полагают, что такая биологическая активность кофеина связана с его способностью взаимодействовать с ДНК. Его влияние на функционирование ДНК и, в частности, на взаимодействие ее с другими биологически активными веществами, объясняется [Larsen et al., 1996; Davies et al, 2001; Piosik et al, 2002] тем, что молекула кофеина способна, с одной стороны, образовывать комплексы с другими агентами: исследования комплексов ДНК-лиганд различными методами показывают снижение их концентрации в присутствии кофеина [Lyles and Cameron, 2002; Johnson et al, 2003]. С другой стороны, кофеин может взаимодействовать непосредственно с ДНК, конкурируя с другими лигандами за места связывания [Traganos et al., 1991; Davies et al, 2001]. В первом случае говорят о действии кофеина в качестве интерцептора - «перехватчика» молекул лигандов [Traganos et al, 1991; Larsen et al, 1996], во втором -протектора ДНК [Davies et al, 2001].

Несмотря на то внимание, которое уделяется кофеину и его аналогам в исследовательских работах и обзорах, систематических исследований его взаимодействий с биомолекулами не существует, и молекулярные механизмы его действия изучены пока слабо.

Вместе с тем, теоретические расчеты дают возможность рассмотреть способы связывания молекулы кофеина с фрагментами нуклеиновых кислот, построить детальные молекулярные модели таких комплексов. Это, при сопоставлении с экспериментальными данными, может помочь объяснить механизмы влияния кофеина на процессы, протекающие внутри клетки с участием ДНК, понять пути его влияния на стабильность генома.

Методом исследования в данной работе выбран метод молекулярной механики, наиболее быстрый и простой метод компьютерного моделирования, широко применяемый для построения структур биомолекул и изучения механизмов наиболее важных биологических процессов. С его помощью можно получить значения потенциальной энергии связывания, минимумы которой соответствуют устойчивым взаимным положениям молекул. Эти значения сравниваются со значениями энтальпии, полученными экспериментальным путем. При хорошем соответствии результатов расчетов экспериментальным данным на модельных системах метод можно использовать для изучения подобных систем, для которых экспериментальных данных нет.

Таким образом, целью работы являлось изучение взаимодействия кофеина с нуклеиновыми кислотами и построение атомно-молекулярных моделей его комплексов с компонентами и фрагментами нуклеиновых кислот для понимания молекулярных механизмов действия кофеина на функционирование ДНК.

Среди задач, возникших и решенных в процессе работы, можно выделить следующие:

1. уточнение параметров атом-атомпых потенциальных функций для расчетов энергии взаимодействия между азотистыми основаниями нуклеиновых кислот и оснований с родственными соединениями.

2. расчет энергии взаимодействия кофеина с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот и поиск низкоэнергетических комплексов основание - кофеин с использованием метода молекулярной механики.

3. построение пространственных моделей возможных комплексов кофеина с фрагментами двойной спирали ДНК на основе расчета потенциальной энергии взаимодействия и поиска ее минимумов.

В работе были уточнены по новым экспериментальным данным параметры потенциальных функций для расчетов энергии взаимодействия нуклеиновых кислот и их надмолекулярных комплексов. Использование этих параметров при изучении взаимодействия оснований нуклеиновых кислот позволило, наряду с уже известными низкоэнергетическими структурами -стэкинг-комплексами и комплексам с положением молекул в одной плоскости,- впервые обнаружить новый тип минимумов энергии взаимодействия и предсказать возможность положения оснований в почти перпендикулярных плоскостях.

Известно, что в водных растворах кофеин образует стэкинг-ассоциаты - димеры и агрегаты более высокого порядка. На это указывает наличие химических сдвигов протонов в ЯМР-эксперименте [Falk et al., 1998; Davies et al, 2001]. Однако детальная геометрия димеров - не вполне ясна. В работах [Thakkar et al., 1970; Thakkar et al., 1971; Kikkert et al, 1973; Fritzsche et al, 1980; Kan et al, 1980; Yanuka et al, 1986] предложены различные структуры димеров. Возможность использования новых данных позволила нам провести собственные расчеты самоассоциации, найти минимумы энергии взаимодействия между молекулами кофеина, выявить пути переходов от одной низкоэнергетической структуры к другой и предположить какие структуры наиболее часто встречаются в водной среде.

В научной литературе нет работ, связанных с проведением систематических расчетов взаимодействия компонентов ДНК с кофеином и построением атомно-молекулярных моделей комплексов кофеин-ДНК. Поэтому наше исследование связывания фрагментов ДНК с кофеином началось с изучения возможных взаимных положений при взаимодействии азотистых оснований с кофеином.

Для каждого из оснований и комплементарных пар получены низкоэнергетические структуры всех трех типов, соответствующие стэкинг-комплексам, положению компонентов комплексов в одной плоскости и в перпендикулярных плоскостях.

Возможности встраивания кофеина в малый и большой желоба двойной спирали ДНК показаны на примере фрагмента дуплекса d(GACATGTC). Низкоэнергетическая конформация этого дуплекса была найдена методом молекулярной механики с помощью программы CONAN [Nesterova et al., 1997] с использованием результатов исследования его методом Я MP (двумерные спектры ЯЭО). По результатам расчетов построены атомно-молекулярные модели полученных комплексов.

Полученные результаты имеют значение для понимания действия кофеина на генетические процессы и объяснения его влияния на взаимодействие биологически активных веществ с ДНК. С помощью построенных атомно-молекулярных моделей комплексов кофеин-ДНК можно планировать эксперимент с тем, чтобы направленно получать данные, необходимые для более полного понимания механизма действия кофеина.

Результаты исследования самоассоциации молекул кофеина, проведенные в процессе работы, в сопоставлении с экспериментальными данными позволили развить и обобщить ранее изученные способы образования комплексов кофеина.

По теме диссертации опубликовано 7 статей [Poltev and Grokhlina, 2002; Полтев и др., 2002; Poltev et al., 2003; Грохлина и др., 2003; Poltev et al., 2004; Грохлина и др., 2005; Deriabina etal., 2006].

Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях QUITEL-2002 (Монтевидео, Уругвай), ChiTEL-2003 (Маракеш, Марокко), QUITEL-2005 (о. Маргарита, Венесуэла), на III съезде биофизиков России (Воронеж, 2004), а также на семинарах ИМПБ РАН и ИТЭБ РАН (секция молекулярной биофизики).

Диссертационная работа состоит из 4-х глав. В первой главе представлен обзор литературы, который включает разделы, посвященные нуклеиновым кислотам, их структуре и функциям, изучению влияния кофеина на организм, его взаимодействиям с биополимерами и взаимодействию нуклеиновых кислот с биологически активными соединениями. Во второй описывается метод исследования, обосновывается выбор модельной системы, содержится описание атомной структуры соединений, а также алгоритмов и компьютерных программ, созданных для данного исследования. Третья глава посвящена описанию уточненных параметров потенциальных функций и обсуждению результатов расчетов энергии взаимодействия между основаниями. В четвертой главе изложены результаты изучения самоассоциатов кофеина и моделирования его взаимодействия с фрагментами нуклеиновых кислот. В ней описываются полученные структуры комплексов, представлены их атомные модели, на основе которых предлагаются возможные объяснения некоторых аспектов влияния кофеина на генетические процессы. Заключают работу выводы. Общий объем диссертации - 127 страниц, включая 21 таблицу, 32 рисунка и список цитируемой литературы, содержащий 191 источник.

На защиту выносятся:

1. Результаты уточнения атом-атомных потенциальных функций для расчетов энергии взаимодействия оснований нуклеиновых кислот и оснований с родственными соединениями. С использованием уточненных параметров потенциальных функций найдены три типа энергетически выгодных комплексов оснований нуклеиновых кислот - с расположением молекул почти в одной плоскости, почти параллельным и перпендикулярным положением плоскостей молекул. Последний из типов структур - с расположением молекул в почти перпендикулярных плоскостях - получен впервые.

2. Результаты моделирования самоассоциаций кофеина, полученные при сопоставлении данных ЯМР-исследований водных растворов кофеина и результатов расчетов энергии взаимодействия двух его молекул.

3. Результаты расчетов и поиска низкоэнергетических комплексов каждого из оснований нуклеиновых кислот и кофеина, показавшие существование трех типов структур, каждый из которых может быть реализован в различных условиях при взаимодействиях кофеина с компонентами ДНК. Структуры с образованием водородной связи между кофеином и атомами аминогрупп оснований, не участвующими в образовании комплементарных пар, возможны при взаимодействии кофеина с двойной спиралью ДНК.

4. Результаты поиска минимумов энергии взаимодействия молекулы кофеина с фрагментом ДНК, показавшие возможность комплексообразования кофеин - ДНК в обоих желобах двойной спирали.

5. Атомно-молекулярные модели возможных комплексов кофеина с фрагментом двойной спирали.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Грохлина, Татьяна Ивановна

Выводы

Уточнены параметры атом-атомных потенциальных функций для расчетов энергии взаимодействия оснований нуклеиновых кислот и их аналогов с учетом новых экспериментальных данных по энергиям взаимодействия между основаниями и взаимным положениям их молекул в кристаллах.

С помощью уточненных потенциальных функций исследована зависимость энергии взаимодействия оснований нуклеиновых кислот от их взаимного положения и найдены три типа низкоэнергетических конфигураций. Два из них, изученные ранее, - с положением молекул почти в одной плоскости и в параллельных плоскостях - определяют стабильность двойной спирали. Впервые обнаружены структуры с расположением оснований в почти перпендикулярных плоскостях, которые могут быть промежуточными конфигурациями при синтезе новой ДНК.

Проведен расчет энергии взаимодействия между молекулами кофеина в разных взаимных положениях и найдены устойчивые конфигурации, среди которых наиболее энергетически выгодны стэкинг-ассоциаты. Изучены пути переходов между ними. Сравнение химических сдвигов протонов, рассчитанных для найденных структур и полученных экспериментально, позволяет предположить, что в водных растворах кофеина имеет место суперпозиция разных стэкинг-положений, и указать наиболее часто встречающиеся ассоциаты.

Найдены низкоэнергетические структуры комплексов кофеина с каждым из оснований и комплементарными парами. Показана возможность формирования трех типов таких структур. Положения с образованием водородных связей с атомами водородов аминогрупп, не участвующих в уотсон-криковском спаривании, могут реализовываться при взаимодействии кофеина с двуспиральной ДНК.

Проведены расчеты энергии взаимодействия кофеина с фрагментом дуплекса ДНК. Показана возможность формирования энергетически выгодных комплексов с положением кофеина в желобах двойной спирали и образованием водородных связей каждым из протон-акцепторных центров кофеина с аминогруппой гуанина в гликозидном желобе и аминогруппами аденина и цитозина в негликозидном желобе. Положение молекулы кофеина в комплексах соответствует достаточно близким ее контактам с другими атомными группами желобов. С образованием таких структур может быть связано протекторное действие кофеина по отношению к ДНК при ее взаимодействии с другими биологически активными соединениями.

Для упрощенной оценки влияния окружающей среды на взаимодействия кофеина может быть использована эффективная диэлектрическая проницаемость, значение которой зависит от расстояния между атомами. Расчеты, соответствующие взаимодействиям отдельных молекул (взаимодействия в вакууме), и расчеты с упрощенным учетом влияния окружающей среды приводят к практически одинаковым низкоэнергетическим структурам и близким значениям энергии взаимодействия.

Заключение

При моделировании взаимодействия двух молекул кофеина были найдены пять минимумов энергии, соответствующие стэкинг-комплексам при параллельной и антипараллельной ориентации молекул. Сравнение теоретически рассчитанных для найденных структур химических сдвигов протонов с полученными в эксперименте позволило предположить, какие из найденных низкоэнергетических конфигураций вносят наибольший вклад в самоассоциацию кофеина в воде.

Расчеты энергии взаимодействия молекулы кофеина с основаниями ДНК и комплементарными парами показали существование трех типов их взаимных положений в локальных минимумах. Кроме хорошо известных стопкообразных структур получены комплексы с образованием водородных связей и расположением молекул в одной плоскости и в почти перпендикулярных плоскостях. Такие структуры могут реализоваться при взаимодействии кофеина с дуплексами ДНК и влиять па связывание ДНК с лигандами, изменяя их биологическую активность.

В попытке объяснить некоторые аспекты биологической активности кофеина были проведены расчеты энергии взаимодействия кофеина с фрагментом дуплекса ДНК, которые показали, что существует довольно много возможных конфигураций таких комплексов. В каждом из них кофеин располагается в одном из желобов двойной спирали, и формируется водородная связь между аминогруппой основания и одним из протон-акцепторных центров кофеина. Все полученные структуры характеризуются достаточно плотной упаковкой атомных групп, зависимостью стабильности комплексов от соседних нуклеотидов, а также влиянием на их образование последовательности нуклеотидов и конформации дуплекса: при определенных условиях возможно образование комплексов с двумя водородными связями, более энергетически выгодных. В найденных структурах кофеин экранирует фрагмент желоба из трех или четырех пар нуклеотидов от связывания других лигандов.

Непосредственное наблюдение таких структур в водной среде представляется маловероятным. В условиях клетки таких комплексов тоже не может быть много, но и небольшое их количество может повлиять на связывание ДНК с другими биологически важными соединениями.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Грохлина, Татьяна Ивановна, Пущино

1. Adel A.L., Dorr R.T., Liddil J.D. The effect of anticancer drug sequence in experimental combination chemotherapy. Cancer Invest. 1993. v. 11, p. 15-24.

2. Arnott S, Chandrasekaran R, Birdsall DL, Leslie AG, Ratliff RL. Left-handed DNA helices. Nature. 1980. v. 283(5749), p. 743-745.

3. Baginski M., Polucci P., Antonini I. Binding free energy of selected anticancer compounds to DNA theoretical calculations. J. Mol. Model. 2002. v. 8, p. 24-32.

4. Bailey S.A., Graves D.E., Rill R. Binding of actinomtcin D to the T(G)nT motif of double-stranded DNA: determination of the guanine requirement in nonclassical, non-GpC binding sites. Biochemistry. 1994. v. 33(38), p. 1149311500.

5. Berman H.M., Neidle S., Zimmer Ch., Thrum H. Netropsin, a DNA-binding oligopeptide. Structural and binding studies. Biochim. Biophys. Acta. 1979. v. 561, p. 124-131.

6. Berthod H., Pullman A. J. Sur le calcul des caracteristiques du squelette des s molecules conjuguees. 1965. J. Chim. Phys. v. 62, p. 942-946.

7. Bischoff G., Hoffman S. DNA-binding of drugs used in medicinal therapies. Curr. Med. Chem. 2002. v. 9, p. 312-348.

8. Born M., Oppenheimer J. Quantum theory of molecules. Ann. der Phys., 1927. Bd. 84, 20, p. 457-484.

9. Borodina V.M., Kirianova E.E., Federova O.V., Zelenin A.V. Cytochemical properties of interphase chromatin condensed as result of treatment with caffeine. Exp. Cell Res. 1979. v. 122(2), p. 391-394.

10. Brauer L.H., Buican В., De Wit H. Effects of caffeine deprivation on taste and mood. Behav. Pharmacol. 1994, v. 5, p. 111-118.

11. Butour J.L., Delain E., Coulaud D., Le Pecq J.B., Barbet J., Roques B.P. Measurement of the expected DNA lengthening caused by mono-and bisintercalating drugs using electron microscopy. Biopolymers. 1978. v. 17, p. 873886.

12. Chaires J.B. A thermodynamic signature for drug-DNA binding mode. Arch. Biochem. Biophys. 2006. v. 453(1), p. 24-29.

13. Chaires J.B. Drug-DNA interactions. Cur. Opin. Struct. Biol. 1998. v. 8, p. 314-320.

14. Chandra P., Zimmer Ch., Thrum H. Effects of distamycin A on the structure and template activity of DNA in RNA polymerase system. FEBS Lett. 1970. v. 7(1), p. 90-94.

15. Chen Q, Shafer RH, Kuntz ID Structure-based discovery of ligands targeted to the RNA double helix. Biochemistry. 1997. v. 36(38), p. 11402-11407.

16. Cohen G., Eisenberg H. Deoxyribonucleate solutions: sedimentation in a density gradient, partial specific volumes, density and refractive index increments, and preferential interactions. Biopolymers. 1969. v. 6(8), p. 1077-1100.

17. Crawford J.L., Kolpak F.J., Wang A.H., Quigley G.J., van Boom J.H., van der Marel G., Rich A. The tetramer d(CpGpCpG) crystallizes as a left-handed double helix. Proc Natl Acad Sci USA. 1980. v. 77(7), p. 4016-4020.

18. Crawford L.V., Waring M.J. Supercoiling of polyoma virus DNA measured by its interaction with ethidium bromide. J. Mol. Biol. 1967. v. 25(1), p. 23-30.

19. Crothers D.M., Haran Т.Е., Nadeau J.G. Intrinsically bent DNA. J. Biol. Chem. 1990. v. 265(13), p. 7093-7096.

20. Curatolo P.W., Robertson D. The health consequences of caffeine. Ann. Intern. Med. 1983. v. 98(5 Pt 1), p. 641-653.

21. Dalligna O.P., Souza D.O., Lara D.R. Caffeine as a neuroprotective adenosine receptor antagonist. Ann. Pharmacother. 2004. v. 38(4), p. 717-718.

22. Davies D.B., Veselkov D.A., Dijmant L.N., Veselkov A.N. Hetero-association of caffeine and aromatic drugs and their competitive binding with a DNA oligomer. Eur. Biophys. J. 2001. v. 30, p. 354-366.

23. De Voe H., Tinoco I. The stability of helical polynucleotides base contributions. J. Mol. Biol. 1962. v. 4, p. 500-517.

24. Deriabina A.S., Grokhlina T.I., Polteva N.A., Gonzalez E., Poltev V.I. Study of mechanisms of some caffeine biological effects via computer simulation of its interactions with DNA fragments. J. Mol. Struct. (Theochem). 2006. v. 769, iss.1-3, p. 97-101.

25. Dickerson R.E. Definitions and nomenclature of nucleic acid structure components. Nucleic Acids Res. 1989. v. 17(5), p. 1797-803.

26. Dickerson R.E. Sequence-dependent B-DNA conformation in crystals and in protein complexes. In: Structure, interaction and expression of biological macromolecules. Eds. Sarma R.H., Sarma M.H. 1998; New York: Adenine Press, pp 17-36.

27. Donohue J. Hydrogen-bonded helical configurations of polynucleotides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1956; 42(2), p.60-65.

28. Donovan P.J., Dipaolo J.A. Caffeine enhancement of chemical carcinogen-induced transformation of cultured Syrian hamster cells. Cancer Res. 1974. v. 34(10), p. 2720-2727.

29. Drew H, Takano T, Tanaka S, Itakura K, Dickerson RE. High-salt d(CpGpCpG), a left-handed Z' DNA double helix. Nature. 1980. v. 286(5773), p. 567-573.

30. Elstner M., Hobza P., Frauenheim Т., Suhai S., Kaxiras E. Hydrogen bonding and stacking interactions of nucleic acid base pairs: a density-functional-theory based treatment. J. Chem. Phys. 2001. v. 114, p. 5149-5155.

31. Evstigneev M.P., Khomich V.V., Davies D.B. Complexation of anthracycline drugs with DNA in the presence of caffeine. Eur Biophys J. 2006. v. 36(1), p.1-11.

32. Evstigneev M.P., Rybakova K.A., Davies D.B. Complexation of norfloxacin with DNA in the presence of caffeine. Biophys. Chem. 2006. v. 121(2), p. 84-95.

33. Falk M., Chew W., Walter J.A., Kwiatkowski W., Barclay K.D., Klassen G.A. Molecular modeling and NMR studies of the caffeine dimmer. Can. J. Chem. 1998. v. 76. p. 48-56.

34. Falk M., Gil M., Iza N. Self-association of caffeine in aqueous solution: an FT-IR study. Can J. Chem. 1990. v. 68(8), p. 1293-1299.

35. Feigon J., Wang A.H., van der Marel G.A., van Boom J.H., Rich A. Z-DNA forms without an alternating purine-pyrimidine sequence in solution. Science. 1985. v. 230(4721), p. 82-84.

36. Florensa R., Bachs O., Agell N. ATM/ATR-independent inhibition of cyclin В accumulation in response to hydroxyurea in nontransformed cell lines is altered in tumour cell lines. Oncogene. 2003. v. 22(51), p. 8283-8292.

37. Fredholm B.B., Battig К., Но1тёп J., Nehlig A., Zvartau E.E. Actions of Caffeine in the Brain with Special Reference to Factors That Contribute to Its Widespread Use. 1999. Pharmacol. Rev. v. 51(1), p. 83-133.

38. Freifelder D. Electron microscopic study of the ethidium bromide-DNA complex. J. Mol. Biol. 1971. v. 60, p.401-403.

39. Fuller W., Waring M.J. A molecular model for the interaction of ethidium bromide with DNA. Ber. Bunsenges. Physik. Chem. 1964. 68, p.805-809.

40. Giessner-Prettre C., Pullman B. On the atomic or "local" contributions to proton chemical shifts due to the anisotropy of the diamagnetic susceptibility of the nucleic acid base. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1976. 72, P. 578-581.

41. Gilbert R.M. Caffeine as a drug of abuse. In: Research Advances in Alcohol and Drug Problems (Gibbins R.J., Israel Y., Popham R.E., Schmidt W. and Smart R.G. eds). John Wiley & Sons, New York. 1976. p. 49-176

42. Gilliland K., Bullock W. Caffeine: A potential drug of abuse. Adv. Alcohol Subst. Abuse. 1984; v. 3, p. 53-73.

43. Gonzalez-Jimenez E., Castro-Valdez I., Lopez-Apresa E., Filippov S.V., Teplukhin A.V., Poltev V.I. Computer study of the role of hydration in the accuracy of nucleic acid biosynthesis. J. Mol. Struct. (Theochem). 1999. v. 493. p. 301-308.

44. Guieu R., Devaux C., Henry H., Bechis G., Pouget J., Mallet D., Sampieri F., Juin M., Gola R., Rochat H. Adenosine and migraine. Can. J. Neurol. Sci. 1998. v. 25(1), p. 55-58.

45. Gurskaya G.V., Grokhovsky S.L., Zhuze A.L., Gottikh B.P. DNA-binding antibiotics. X-ray structure of the distamycin A analog. Biochim. Biophys. Acta. 1979. v. 563(2), p. 336-342.

46. Gursky G.V. Molecular model for actinomycin-DNA complex. Studia Biopys. 1970. v. 24/25, p. 265-276.

47. Guttman D., Higuchi T. 1957. Reversible association of caffeine and of some caffeine homologs in aqueous solution. J. Am. Pharm. Assoc. 1957. v. 46(1), p. 4-10.

48. Hagerman P.J. Sequence-directed curvature of DNA. Anna. Rev. Biochem. 1990, v. 59, p.755-781.

49. Hande K.R. Clinical applications of anticancer drugs targeted to topoisomerase II: Review. Biochim. Biophys. Acta. 1998 v. 1400(1-3), p. 173-184.

50. Haq I. Thermodynamics of drug-DNA interactions. Arch. Biochem. Biophys. 2002. v. 403, p. 1-15.

51. Haq I., Ladbury J., Drug-DNA recognition: energetics and implications for design. J. Mol. Recognit. 2000. 13(4), p. 188-97.

52. Haq I., Ladbury J.E., Chowdhry B.Z., Jenkins T.C., Chaires J.B. Specific binding of Hoechst 33258 to the d(CGCAAATTTGCG)2 duplex: calorimetric and spectroscopic studies. J. Mol. Biol. 1997. v. 271, p. 244-257.

53. Haschmeyer A.E.V., Rich A. Nucleoside conformations: An analysis of steric barriers to rotation about the glycosidic bond. J. Mol. Biol., 1967. v. 27, p. 369-384.

54. Hashimoto Т., He Z., Ma W.Y., Schmid P.C., Bode A.M., Yang C.S., Dong Z. Caffeine inhibits cell proliferation by G0/G1 phase arrest in JB6 cells. Cancer Res. 2004. v. 64(9), p. 3344-3349.

55. He Z., Ma W.Y. Hashimoto Т., Bode A.M., Yang C.S., Dong 2. Induction of apoptosis by caffeine is mediated by the p53, Bax, and caspase 3 pathways. Cancer Res. 2003. v. 63(15), p. 4396-4401.

56. Helene C., Lancelot G. Interactions between functional groups in protein-nucleic acid associations. Prog. Biophys. Molec. Biol. 1982. v. 39, p. 1-68.

57. Hixon S.C., Yielding K.L. A protective effect of caffeine on the ethidium induced petite mutation in yeast. Mutat. Res. 1976. v. 34, p. 195-200.

58. Hobza P., Sponer J. Energetics and dymanics of the nucleic acid base pairs: nonempirical ab initio calculations. Chem. Rev. 1999. v. 99, p. 3247-3276.

59. Holtzman S.G. Caffeine as a model drug of abuse. Trends Pharmacol Sci. 1990. v. 11, p. 355-356.

60. Holtzman S.G., Mante S., Minneman K.P. Role of adenosine receptors in caffeine tolerance. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1991. v. 256(1), p. 62-68.

61. Horrigan L.A., Kelly J.P., Connor T.J. Immunomodulatory effects of caffeine: friend or foe? Pharmacol. Ther. 2006. v. 111(3), p. 877-892.

62. Ioannides С., Yoaxall V. Antimutagenic activity of tea: role of polyphenols. Curr. Opin. СИ. Nutr. Metab. Care. 2003. v. 6(6), p.649-656.

63. Jeffrey G.A., Saenger W. Hydrogen Bonding in Biological Systems. Springer-Verlag. 1991.583 р.

64. Jensen F. An Introduction to Computational Chemistry. 1998. John Wiley & Son Ltd., 356 p.

65. Jiang L., Patel D.J. Solution structure of the tobramycin-RNA aptamer complex. Nat. Struct. Biol. 1998. v. 5(9), p. 769-774.

66. Jin E., Katritch V., Olson W., Kharatisvili M., Abagyan R., Pilch D. Aminoglicoside Binding in the major groove of duplex RNA: the thermodynamic and electrostatic forces that govern recognition. J. Mol. Biol. 2000. v. 298(1), p. 95110.

67. Kabelac M., Hobza P. Potential Energy and Free Energy Surfaces of All Ten Canonical and Methylated Nucleic Acid Base Pairs: Molecular Dynamics and Quantum Chemical ab Initio Studies. J. Phys. Chem. B. 2001. v. 105, p. 5804-5817.

68. Kan L.-S., Borer P.N., Cheng D. M. Ts'o P.O.P. 1H- and 13C-NMR studies on caffeine and its interaction with nucleic acids. Biopolymers. 1980. v. 19, p. 1641-1654.

69. Kapuscinski J, Kimmel M. Thermodynamical model of mixed aggregation of intercalators with caffeine in aqueous solution. Biophys. Chem. 1993. v. 46(2), p.153-163.

70. Kikkert J.N., Kelly G.R., Kurucsev T. Interactions between purine derivatives: electronic spectral studies. I. Electronic transitions in caffeine monomer and exciton coupling in caffeine dimer. Biopolymers. 1973. v. 12(7), p. 1459-1477.

71. Корка M.L., Yoon C., Goodsell D., Pjura P., Dickerson R.E. The molecular origin of DNA-drug specificity in netropsin and distamycin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1985. v. 82(5), p. 1376-1380.

72. Kuhlmann W., Fromme H.-G., Heege E.-M., Ostertag W. The Mutagenic Action of Caffeine in Higher Organisms. Cancer Res. 1968. v. 28, p. 2375-2389.

73. Kvick A., Koetzle T.F., Thomas R. Hydrogen bond studies. A neutron diffraction study of hydrogen bonding in 1-methylthymine. J. Chem. Phys. 1974. v. 61, p. 2711-2719.

74. Lang H. On the interaction between caffeine and nucleic acids. I. The influence of caffeine on the secondary structure of native DNA and RNA. Studia biophysica. 1976. v. 55(2), p. 137-156.

75. Larsen R.W., Jasuja R., Hetzler R.K., Muraoka P.T., Andrada V.G., Jameson D.M. Spectroscopic and molecular modeling studies of caffeine complexes with DNA intercalators. Biophys. J. 1996. v. 70(1), p. 443-452.

76. Lavery R, Sklenar H. Defining the structure of irregular nucleic acids: conventions and principles. J. Biomol. Struct. Dyn. 1989. v. 6(4), p. 655-667.

77. Lennard-Jones J.E. The determination of molecular fields. II. From the equation of state of a gas. Proc. Roy. Soc.{Lond.) 1924. v. 106A, p. 463.

78. Lerman L.S. Acridine mutagens and DNA structure. J. Cell Physiol. 1964. v. 64, suppl, 1, p. 1-18.

79. Lerman L.S. Structural considerations in the interaction of DNA and acridines. J. Mol. Biol. 1961. v. 3, p. 18-30.

80. Lerman L.S. The structure of the DNA-acridine complex. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1963. v. 49, p. 94-102.

81. Li H.J., Crothers D.M. Relaxation studies of the proflavine-DNA complex: the kinetics of an intercalation reaction. J. Mol. Biol. 1969. v. 39(3), p. 461-477.

82. Lisgarten J.N., Coll M., Portugal J., Wright C.W., Aymami J. The antimalarial and cytotoxic drug cryptolepine intercalates into DNA at cytosine-cytosine sites. Nature Struct. Biol. 2002. v. 9, p. 57-60.

83. Luck G., Triebel H., Waring M., Zimmer C. Conformational dependent binding of netropsin and distamycin to DNA and DNA model polymers. Nucl. Acids Res. 1974. v. l,p. 503-530.

84. Lyles M.B., Cameron I.L. Caffeine and other xantines as cytochemical blockers and remouvers of heterocyclic DNA intercalators from chromatine. Cell Biol. Int. 2002. v. 26(2), p. 145-154.

85. Lyles M.B., Cameron I.L. Interaction of DNA intercalator acridine orange, with itself with caffeine, and with double stranded DNA. Biophys. Chem. 2002, v. 96(1), p. 53-76.

86. MacKerell A.D.Jr., Wiorkiewicz-Kuczera J.K., Karplus M. All-atom empirical energy function for the simulation of nucleic acids. J. Am. Chem. Soc. 1995. v. 117, p. 11946-11975.

87. Marheineke K., Hyrien 0. Control of replication origin density and firing time in Xenopus egg extracts: role of a caffeine-sensitive, ATR-dependent checkpoint. J. Biol. Chem. 2004. v. 279(27), p. 28071-28081.

88. Moon J.H., Kim S.K., Sehlstedt U., Rodger A., Norden B. DNA structural features responsible for sequence-dependent binding geometries of Hoechst 33258. Biopolymers. 1996 38(5), p.593-606.

89. Moravek Z., Neidle S., Schneider B. Protein and drug interactions in the minor groove of DNA. Nucl. Acids Res. 2002. v. 30(5), p. 1182-1191.

90. Nehlig A., Davail J.L., Debry G. Caffeine and the central nervous systems: mechanisms of action, biochemical, metabolic and psychostimulant effect. Brain Res. Rev. 1992. v. 17(2), p. 139-170.

91. Nehlig A., Debry G. Potential genotoxic, mutagenic, and antimutagenic effects of coffee: a review. Mutat. res. 1994. v. 317(2), p. 145-162.

92. Neidle S. Crystallographic insights into DNA minor groove recognition by drug. Biopolymers. 1997. v. 44, p. 105-121.

93. Neidle S. DNA minor-groove recognition by small molecules. Nat. Prod. Rep. 2001. v. 18(3), p. 291-309.

94. Neidle S., Berman H.M., Shieh H.S. Highly structured water network in crystals of a deoxydinucleoside-drug complex. Nature. 1980. v. 288(5787), p.129-133.

95. Neidle S., Nunn C.M., Crystal structures of nucleic acids and their drug complexes. Nat. Prod. Rep. 1998. v. 15(1), p. 1-15.

96. Nesterova E.N., Fedorov O.Yu., Poltev V., I., Chuprina V.P. The study of possible A and В conformations of alternating DNA using a new program for conformational analysis of duplexes (CONAN). J. Biomol. Struct. Dyn. 1997. v. 14, p. 459-474.

97. Norden В., Tjerneld F. Binding of methyl green to DNA analyzed by linear dichroism. Chem. Phys. Lett. 1977. v. 50, p. 508-512.

98. Nurminen M.L., Niittynen L., Korpela R., Vapaatalo h. Coffee, caffeine and blood pressure: a critical review. Eur. J. Clin. Nutr. 1999. v. 53, p. 831-839.

99. Ohsaki Y, Ishida S, Fujikane T, Kikuchi K. Pentoxifylline potentiates the antitumor effect of cisplatin and etoposide on human lung cancer cell lines. Oncology. 1996. v. 53(4), p. 327-333.

100. Pal M.K., Ghosh J.K., Spectroscopic probe of the competitive-binding of ethidium bromide and neomycin to DNA. Spectrochim. Acta. 1995. v. 51, p. 489498.

101. Piosik J., Zdunek M., Kapuscinski J. The modulation by xanthines of the DNA-damaging effect of polycyclic aromatic agents. Part II. The stacking complexes of caffeine wuth doxorubicin and mitoxantrone. Biochem. Pharm. 2002. v. 63, p. 635-646.

102. Poltev V.I., Grokhlina T.I., Deriabina A., Gonzalez E. Caffeine interactions with nucleic acids. Molecular mechanics calculations of model systems for explanation of mechanisms of biological actions. Theor. Chem. Acc. 2003. v. 110(6), p. 466-472.

103. Poltev V.I., Malenkov G.G., Gonzalez E.J., Teplukhin A.V., Rein R., Shibata M., Miller J.H. Modeling DNA hydration comparison of calculated and experimental hydration properties of nucleic acid bases. J. Biomol. Struct. Dyn. 1996. v. 13, p. 717-725.

104. Poltev V.I., Shulyupina N.V. Simulation of interactions between nucleic acid bases by refined atom-atom potential functions. J. Biomol. Struct. Dyn. 1986. v. 4, p. 739-765.

105. Pozniak P.C. The carcinogenicity of caffeine and coffee: a review. J. Am. Diet. Assoc. 1985. v. 85(9), p. 1127-1133.

106. Reinert K.E. DNA stiffening and elongation caused by the binding of ethidium bromide. Biochim. Biophys. Acta. 1973. v. 319(2), p. 135-139.

107. Reinert K.E., Thrum H. Conformational changes of DNA by interactions with oligopeptide antibiotics as studied by viscometric investigations. Studia Biophysica. 1970. v. 24/25, p. 319- 326.

108. Rohs R., Bloch I., Sklenar H., Shakked Z. Molecular flexibility in ab initio drug docking to DNA: binding-site and binding-mode transitions in all-atom Monte Carlo simulations. Nucleic Acids Res. 2005. v. 33(22), p. 7048-7057.

109. Rosenbrock H.H. An automatic method for finding the greatest or least value of a function. Computer J. 1960. v. 3, p. 175-184.

110. Rothwell K. Dose-related inhibition of chemical carcinogenesis in mouse skin by caffeine. Nature. 1974. v. 252(5478), p. 69-70.

111. Rubin J., Sundaralingam M. An unexpected major groove binding of netropsin and distamycin A to tRNAphe. J. Biomol. Struct. Dyn. 1984. v. 2, p. 165174.

112. Sawynok J. Pharmacological rationale role the clinical use of caffeine. Drugs. 1995. v. 49(1), p. 37-50.

113. Schelhorn Т., Kretz S., Zimmermann N.W. Reinvestigation of the binding of proflavin to DNA. Is intercalation the dominant binding effect? Cell Mol. Biol. 1992. v. 38(4), p. 345-365.

114. Selby C.P., Sancar A. Molecular mechanisms of DNA repair inhibition by caffeine. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990. v. 87. p. 3522-3525.

115. Selby C.P., Sancar A. Noncovalent Drug-DNA binding Interactions that inhibit and stimulate (A)BC excinuclease. Biochemistry. 1991. v. 30, p. 3841-3849.

116. Shaikh S.A., Ahmed S.R., Jayaram B. A molecular thermodynamic view of DNA-drug interactions: a case study of 25 minor-groove binders. Arch, Biochem. Biophys. 2004. v. 429, p. 81-99.

117. Shi D., Nikodijevic O., Jacobson K.A., Daly J.W. Chronic caffeine alters the density of adenosine, adrenergic, cholinergic, GABA and serotonin receptors and calcium channels in mouse brain. Cell Mol. Neurobiol. 1993. v. 13(3), p. 247261.

118. Sobell H.M., Jain S.C., Stereochemistry of actinomycin binding to DNA. II. Detailed molecular model of actinomycin-DNA complex and its implications. J. Mol. Biol. 1972. v. 68(1), p. 21-34.

119. Soyfer V.N., Potaman V.N. Triple-helical nucleic acids. New York: Springer. 1996. 360 е.: ил., табл.

120. Sparreboom A., de Jonge M.J., Verweij J. The use of oral cytotoxic and cytostatic drugs in cancer treatment. Eur. J. Cancer. 2002. v. 38(1), p. 18-22.

121. Sutor D.J. The structures of the pyrimidines and purines. VII. The crystal structure of caffeine. Acta Cryst. 1958. v. 11(7), p. 453-458.

122. Tanaka J., Teicher B.A., Herman T.S., Holden S.A., Dezube В., Frei E. 1991 Etoposide with lonidamtne or pentoxifylline as modulators of alkylating agent activity in vivo. Int. J. Cancer. 1991. v. 48(4), p. 631-637.

123. Thakkar A.L., T ensmevei L. G., Hermann R.B., William W.L. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1970. v. 9, p.524.

124. Thakkar A.L., Tensmeyer L.G., Wilham W.L. NMR evidence for self-association of theophylline in aqueous solution. J. Pharm. Sci. 1971. v. 60(8), p. 1267-1269.

125. Timson J. Caffeine. Mirnt. Res. 1977. v. 47(1), p. 1-52.

126. Traganos F., Kapuscinski J., Gong J., Ardelt В., Darzynkievvicz R.J., Darzynkiewicz Z. Caffeine prevents apoptosis and cell cycle effects induced by camptothecin or topotecan in HL-60 cells. Cancer Res. 1993. v. 53(19), p. 46134618.

127. Traganos F., Kaminska-Eddy В. Darzynkiewicz Z. Caffeine reverses the cytotoxic and cell kinetic effects of novatrone (mitoxantrone). Cell Prolif. 1991. v. 24, p. 305-319.

128. Ts'o P.O.P., Helmkamp G.K., Sander C. Interaction of nucleosides and related compounds with nucleic acids as indicated by the change of helix-coil transition temperature. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1962. v. 48, p. 686-698.

129. Ts'o P.O.P., Lu P. Interaction of nucleic acids I. Physical binding of thymine, adenine, steroids, and aromatic hydrocarbons to nucleic acids. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1964. v. 51, p. 17-24.

130. Vavrova J., Marekova-Rezasova M., Vokurkova D. Szkanderova S., Psutka J. Caffeine induces a second wave of apoptosis after low dose-rate gamma radiation of HL-60 cells. Radiat. Environ. Biophys. 2003. v. 42, p. 193-199.

131. Veselkov A.D., Davies D.B., Djimant L.N., Veselkov A.N. Molecular mechanism of caffeine action on complexation of phenanthridine dyes with DNA. Biopolym. Cell. 2000. v. 16, p. 218-229.

132. Wang A.H., Gessner R.V., van der Marel G.A., van Boom J.H., Rich A. Crystal structure of Z-DNA without an alternating purine-pyrimidine sequence. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1985. v. 82(11), p. 3611-3615.

133. Wang A.H., Quigley G.J., Kolpak F.J., Crawford J.L., van Boom J.H., van der Marel G., Rich A. Molecular structure of a left-handed double helical DNA fragment at atomic resolution. Nature. 1979. v. 282(5740), p. 680-686.

134. Wang H.L., Zou H.F., Zhang Y.K., Quantitative study of competitive binding of drugs to protein by microdialysis high performance liquid chromatography. Anal. Chem. 1998. v. 70, p. 373-377.

135. Waring M.J. DNA modification and cancer. Ann. Res. Biochem. 1981. v. 50, p. 159-192.

136. Wartell R.M., Larson J.E., Well R.D. Netropsin: a specific probe for A-T regions of duplex deoxyribonucleic acid. J. Biol. Chem. 1974. v. 249, p. 67196731.

137. Watson J.D., Crick F.H.C. A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature. 1953. v. 171, p. 737-738.

138. Witte W., Bohme H. The action of caffeine on the survival of proteus mirabilis and its virulent phage VIr after UV-irradiation and treatment with nitrogen mustard. Mutat. Res. 1972. v. 16(2), p. 133-139.

139. Yanson I.K., Teplitsky A.B., Sukhodub L.F. Experimental studies of molecular interactions between nitrogen bases of nucleic acids. Biopolymers. 1979. v. 18, p. 1149-1170.

140. Yanuka Y., Zahalka J., Donbrow M. J. A symmetrical model for the self-association of xanthines in aqueous solution. Chem. Soc. Perkin Trans. 1986. v. 7, p. 911-915.

141. Zakrzewska K., Pullman B. Theoretical exploration of netropsin binding to tRNAphe. J. Biomol. Struct. Dyn. 1985. v. 2, p. 737-743.

142. Zamenhof S., Brawermann G., Chargaff E. On the desoxypentose nucleic acids from several microorganisms. Biochim. Biophys. Acta. 1952. v. 9, p. 402-405.

143. Zasedatelev A.S., Gursky G.V., Zimmer Ch., Thrum H. Binding of netropsin to DNA and synthetic polynucleotides. Molec. Biol. Rep. 1974. v. 1, p. 337-342.

144. Zdunek M., Piosik J., Kapuscinsky J. Thermodynamical model of mixed aggregation of ligands with caffeine in aqueous solution. Part II. Biophys. Chem. 2000. v. 84, p. 77-85.

145. Zimmer С., Wahnert U. Nonintercalating DNA-binding ligands: specificity of the interation and their use as tools in biophysical, biochemical and biological investigations of the genetic material. Prog. Biophys. Molec. Biol. 1986. v. 47, p. 31-112.

146. Zimmer Ch. Effects of the antibiotics netropsin and distamycin A on the structure and function of nucleic acids. Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. 1975. v. 15, p. 285-318.

147. Zimmer Ch., Reinert K.E., Luck G., Wahnert U.,Lober G., Thrum H., Interaction of the oligopeptide antibiotics netropsin and distamycin A with nucleic acids. J. Mol. Biol. 1971. v. 58(1), p. 329-348.

148. Буркерт У., Аллинжер Н. Молекулярная механика. М.: Мир, 1986. 364 с.

149. Грохлина Т.Н., Полтева Н.А., Гонзалез Э., Дерябина А.С., Полтев В.И. Исследование взаимодействия кофеина с основаниями нуклеиновых кислот методом молекулярной механики. Биофизика. 2003. т. 48, вып. 5, с. 814-820.

150. Грохлина Т.И., Полтева Н.А., Гонзалез Э., Дерябина А.С., Полтев В.И. Взаимодействие кофеина с фрагментами двойной спирали ДНК. Моделирование методом молекулярной механики. Биофизика. 2005. т. 50, вып. 5, с. 818-823.

151. Гурская Г.В., Гроховский С.Л., Жузе А.Л., Готтих Б.ГГ. Кристаллическая и молекулярная структура аналога дистамицина А. Докл. АН СССР. 1978. т. 243, вып. 3, с. 645-648.

152. Гурский Г.В. Взаимодействие акридинов с ДНК. Биофизика. 1966. т. 11, вып. 5, с. 737-746.

153. Гурский Г.В. Структура комплекса ДНК-актиномицин. Мол. Биол. 1969. т. 3, вып. 5, стр. 749-757.

154. Гурский Г.В., Заседателев А.С. Точные соотношения для расчета связывания регуляторных белков и других решеточных лигандов на двухтяжевых полинуклеотидах. Биофизика. 1978. т. 23, вып. 5, с. 932-946.

155. Гэйл Э., Кандлифф Э., Рейнолдс П., Ричмонд М., Уоринг М. Молекулярные основы действия антибиотиков. М.: Мир, 1975.

156. Дашевский В.Г. Конформационный анализ макромолекул. -М: Наука. 1987. 288 с.

157. Дикерсон Р.Э. Спираль ДНК. В мире науки. 1984. вып. 2, с. 34-48.

158. Журкин В.Б., Полтев В.И., Флорентьев B.JT. Атом-атомные потенциальные функции для конформационных расчетов нуклеиновых кислот. Мол. биол. 1980. т. 14, вып. 5, с. 1116-1130.

159. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. Пер. с англ. М.: Мир, 1987, 548 е., ил.

160. Китайгородский А.И. Анализ результатов структурного исследования кристаллов. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1951. т. 15, с. 157-163.

161. Китайгородский А.И. Невалентные взаимодействия атомов в органических кристаллах и молекулах. Успехи физ. наук. 1979. т. 127, вып. 3, с. 391-419.

162. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. /Решетов П.Д., Соркина Т.И. (ред. пер.) 2004. М.: Мир, 269 с.

163. Нечипуренко Ю.Д., Гурский Г.В. Термодинамические модели связывания лигандов с нуклеиновыми кислотами. Биофизика. 2003. т. 48, выи. 5, с. 773-796.

164. Осипов О.А., Минкин В.И., Гарновский А.Д. Справочник по дипольным моментам. 1971. М: Высшая школа. 416 с.

165. Полтев В.И., Данилов В.И., Леш А., Юркевич А., Дерябина А.С., Гонзалез Э. Возможные конфигурации димеров оснований ДНК Gua-Cyt. Расчеты методами молекулярной механики и теории функционала плотности. Биофизика. 2003. т. 48, вып. 5, с. 821-829.

166. Полтев В.И., Дерябина А.С., Гонзалез Э., Грохлина Т.И. Взаимодействия между основаниями нуклеиновых кислот. Новые параметры потенциалов и новые минимумы энергии. Биофизика. 2002, т. 47, с. 996-1004.

167. Полтев В.И., Шулюпина Н.В. Моделирование взаимодействия в копланарных парах азотистых оснований нуклеиновых кислот с помощью атом-атомных потенциальных функций. Мол. биол. 1984. т. 18, вып. 6, с. 1549-1561.

168. Полтев В.И., Шулюпина Н.В., Брусков В.И. Молекулярные механизмы правильности биосинтеза нуклеиновых кислот. Сравнение результатов компьютерного моделирования с экспериментальными данными. Мол. биол. 1998. т. 32. вып. 2, с. 268-276.

169. Рис Э, Стернберг М. От клеток к атомам. Ред. перевода Лазуркин Ю.С., Ткачук В.А. 1988. М.: Мир. 144 с.

170. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. 1975. М.: Мир. 534 стр.

171. Шестопалова А.В. Компьютерное моделирование ассоциации кофеина и производных актиноцина в водных растворах. Биофизика. 2006. т. 51, вып. 3, с. 389-401.