帯電したDNAタンパク質π-π相互作用の有意な強度：シトシンの予備研究

現在の研究は、代表的なヌクレオベースとしてのシトシン（C）、およびアスパラギン酸/グルタミン酸（DE）、アスパラギン酸/グルタミン酸（DE）の間の平行積み込みと垂直のT字型二量体の優先ガス相構造と最適な相互作用エネルギーを特徴付けました（DE（- ））またはアルギニン（R（+））、詳細なM06-2x/6-31+G（D、P）ポテンシャルエネルギー表面スキャンは、相対モノマー配向の関数として。DNA核塩基と芳香族アミノ酸残基との間のπ-π相互作用に関する以前の文献との比較を通じて、この研究により、芳香族および非環性Rサイド鎖を含むDNAタンパク質相互作用と、相対的な幾何学の比較が可能になります。π-π（c：de）、πcation-π（c：r（+））、およびπニオン-π（c：de（ - ））相互作用の依存性と大きさ。我々の結果は、好ましい相対モノマー配向がモノマーの組成と電荷に大きく依存しており、静電駆動型相互作用によって決定されることを示しています。さらに重要なことに、シトシンと（中性）アスパラギン酸/グルタミン酸との間のπ-π相互作用は約-40 kJモル（-1）であり、πcation-πまたはπアニオン-π相互作用が最大であることを報告します。シトシンとアルギニンまたはアスパラギン酸/グルタミン酸は、それぞれ約-90および-99 kJモル（-1）までです。詳細なCCSD（T）/CBSポテンシャルエネルギーの表面と相互作用エネルギーとの比較を含む、実装された計算方法の効果の広範な調査は、DNAタンパク質πを研究するためにM06-2Xの使用とωB97X-Dの使用をサポートします。- さまざまな組成と電荷のπ相互作用。最も重要なことは、CCSD（T）/CBSの結果は、これらのDNAタンパク質π-π相互作用の強い性質と、πcation-πおよびπan-π対応物のユニークな性質を検証することです。したがって、我々の結果は、環状と非環式成分の両方の間の多種多様な異なるタイプの非共有相互作用が、DNAタンパク質複合体の安定性に大きく寄与し、現在認められているよりも生物学でより大きな役割を果たす可能性があることを強調しています。

The present work characterized the preferred gas-phase structure and optimum interaction energy of both parallel stacked and perpendicular T-shaped dimers between cytosine (C), as a representative nucleobase, and aspartic/glutamic acid (DE), aspartate/glutamate (DE(-)) or arginine (R(+)), using detailed M06-2X/6-31+G(d,p) potential energy surface scans as a function of the relative monomer orientation. Through comparison to previous literature on the π-π interactions between the DNA nucleobases and the aromatic amino acid residues, this work will allow for comparisons between DNA-protein interactions involving aromatic and acyclic R-side chains, as well as comparisons of the relative geometric dependence and magnitude of π-π (C:DE), πcation-π (C:R(+)), and πanion-π (C:DE(-)) interactions. Our results show that the preferred relative monomer orientation is highly dependent on the monomer composition and charge, and is dictated by electrostatic-driven interactions. More importantly, for the first time, we report that the π-π interactions between cytosine and (neutral) aspartic/glutamic acid are up to approximately -40 kJ mol(-1), while the πcation-π or πanion-π interactions between cytosine and arginine or aspartate/glutamate are up to approximately -90 and -99 kJ mol(-1), respectively. An extensive investigation of the effects of the computational methodology implemented, including comparisons to detailed CCSD(T)/CBS potential energy surfaces and interaction energies, supports the use of M06-2X, as well as ωB97X-D, to study DNA-protein π-π interactions of varying composition and charge. Most importantly, the CCSD(T)/CBS results verify the strong nature of these DNA-protein π-π interactions, as well as the unique nature of the πcation-π and πanion-π counterparts. Therefore, our results emphasize that a wide variety of different types of noncovalent interactions between both cyclic and acyclic π-containing components can significantly contribute to the stability of DNA-protein complexes and likely play a larger role in biology than currently accepted.