異なるpH値におけるヒ素とデオキシヌクレオチドのH結合相互作用。計算と実験を組み合わせた研究

/ /

日本語AIでPubMedを検索

PubMedの提供する医学論文データベースを日本語で検索できます。AI(Deep Learning)を活用した機械翻訳エンジンにより、精度高く日本語へ翻訳された論文をご参照いただけます。

Chemosphere.2020 Jul;251:126395. S0045-6535(20)30588-9. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.126395.Epub 2020-03-02.

異なるpH値におけるヒ素とデオキシヌクレオチドのH結合相互作用。計算と実験を組み合わせた研究

H-bond interactions between arsenite and deoxynucleotides at different pH values: A combined computational and experimental study.

Xiuxiu Wu
Huaxing Yu
Min Yuan
Hui Cao
Tai Ye
Jinsong Yu
Fei Xu

PMID: 32155498 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.126395.

抄録

デオキシヌクレオチドは、ヒ素を特異的に認識するアプタマーを得ることに成功したため、ヒ素イオンインプリントポリマー（IIP）に適したモノマーとなる可能性がある。しかし、ヒ酸塩とデオキシヌクレオチドの認識・相互作用機構はまだ明らかになっていない。本研究では、pHが1から14に変化したときのヒ素とデオキシヌクレオチド(dAMP, dTMP, dGMP, dCMP)の結合相互作用を密度汎関数法による計算と分光分析を用いて調べた。その結果、リン酸基で結合したHAsO-dGMP、核酸塩基周辺で結合したHAsO-dAMP、HAsO-dCMP及びHAsO-dTMPが最も安定な複合体であることがわかった。このことから、dAMP, dCMP, dGMP, dTMPのヒ素との結合に最適なpH範囲は、それぞれ6.10-9.23, 1.00-4.50, 1.00-2.40, 6.40-9.23であることが示唆され、UV/VIS実験結果と一致した。還元密度勾配法により、ヒ素とデオキシヌクレオチドの結合相互作用は主に水素結合に起因することが示された。これらの水素結合の強さはpHの影響を受ける。また、FT-IRとNMRの分光分析からも、水素結合に関する重要な情報が得られ、計算上の結論を支持する直接的な証拠が得られた。

Deoxynucleotides can be good monomers for arsenite ion-imprinted polymers (IIPs) due to the successful obtainment of aptamers which can specifically recognize arsenite. However, the recognition and interaction mechanism between arsenite and deoxynucleotides is still not clear. In this work, the binding interactions between arsenite and deoxynucleotides (dAMP, dTMP, dGMP, dCMP) as pH changing from 1 to 14 were investigated using density functional theory calculations as well as spectroscopy analysis. dGMP was calculated to have the largest affinity towards arsenite. HAsO-dGMP binding at phosphate group, HAsO-dAMP, HAsO-dCMP and HAsO-dTMP binding around nucleobase were found to be the most stable complexes. This suggests the optimal pH ranges for binding interactions of dAMP, dCMP, dGMP and dTMP towards arsenite might be 6.10-9.23, 1.00-4.50, 1.00-2.40 and 6.40-9.23, respectively, which agree with UV/VIS experimental results. Reduced Density Gradient method indicated that the binding interactions of arsenite with deoxynucleotides are mainly attributed to hydrogen bonds (H-bond). The strengths of these H-bonds are affected by pH. FT-IR and NMR spectroscopy analysis also provided essential H-bonding information, giving direct evidence to support the computational conclusions.