Frage:
Abschätzung der Stabilität und mittleren Lebensdauer anomaler Tautomere
user28429
2016-05-10 20:17:56 UTC
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Ein Basenpaar in der DNA, beispielsweise AT, hat eine tautomerisierte Form A * -T * (resultierend aus dem Umschalten der Seiten beider Protonen entlang der Wasserstoffbrücken).

Ich habe untersucht, wie Mit Hilfe von DFT-Berechnungen kann man die Energiedifferenz zwischen der normalen und der anomalen Form berechnen. Ein weiterer interessanter Punkt ist jedoch die Stabilität des Tautomers.

Ich habe mehrmals gelesen, dass diese anomalen Tautomere sehr schnell zur normalen AT-Form "zerfallen" (viel schneller als die Zeit, in der eine DNA-Replikationsrunde dauert), was interessant ist, weil dies impliziert, dass es sich um eine Tautomerisierung handelt wahrscheinlich keine Quelle für spontane Mutationen.

Was ich lernen möchte, ist wie kann man diese erwartete Lebensdauer des anomalen Tautomers berechnen

Ich habe eine Idee (von der ich nicht weiß, ob sie streng sein könnte oder ob sie vielleicht völlig wertlos ist), bei der eine Born-Oppenheimer-Trennung für die beiden Protonen vorgenommen wird (nach der DFT-Berechnung des elektronischen Bodens) Zustand) und untersuchen dann die nicht-adiabatischen Übergänge zwischen den verschiedenen vibronischen Zuständen des Protonenpaares. Ich gebe gerne Details an, wenn jemand dies wünscht.

Aber vielleicht ist "meine Methode" zu chaotisch oder naiv (oder beides) und / oder es gibt andere Standardansätze, um ungefähr das erwartete mittlere Leben zu berechnen von anomalen Tautomeren wie dem erwähnten A * -T *.

Ich wäre sehr dankbar, wenn jemand einen Einblick und / oder Hinweise darauf geben könnte, wie diese erwarteten Lebensdauern typischerweise in der Computerchemie berechnet werden!

Ich bin kein Experte, aber manchmal werden molekulardynamische Simulationen verwendet, um Lebensdauern zu untersuchen. Es gibt viele Kraftfelder, sowohl für unreaktive als auch für reaktive Systeme. Angesichts der Tatsache, dass Tautomerie das Aufbrechen und Reformieren von Bindungen beinhaltet, könnte der ReaxFF möglicherweise angepasst, validiert und dann verwendet werden?
Finden Sie TS für Tautomerizarion -> Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante mit der TS-Theorie -> Berechnen Sie die Halbwertszeit für Tautomer
Ich hatte noch nichts von ReaxFF gehört, danke für den Hinweis. @Jan Jense: Könnten Sie Ihre Antwort näher erläutern, wenn Sie Zeit haben?
Schauen Sie sich http://molecularmodelingbasics.blogspot.dk/2009/08/get-half-life-from-transition-state-to.html an
Vielen Dank, Jan Jensen. Eine erste Vermutung wäre also, die erwartete Halbwertszeit aus einer Reaktionsgeschwindigkeitskonstante $ k $ zu berechnen, die durch $ k = \ frac {\ text {k} _ \ text {B} T} {h} \ exp \ left gegeben ist (- \ frac {\ Delta F ^ {\ ddagger}} {\ text {k} _ \ text {B} T} \ right), $ wobei $ \ Delta F ^ {\ ddagger} $ die Differenz der freien Energie ist zwischen dem Tauotomer und dem Übergangszustand ... selbst wenn man dies akzeptiert, bleibt ein Zweifel bestehen: Wie "wähle" ich einen Übergangszustand? Es gibt zwei Koordinatenreaktionen (es gibt zwei Protonen in Wasserstoffbrückenbindungen) und damit Tonnen von möglichen Wegen zum Tautomer!
Die Protonen könnten [tunneln] (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23383960), sodass Kinetik und Barrierehöhe möglicherweise eine andere Beziehung haben.
Einer antworten:
user213305
2019-03-07 04:01:47 UTC
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TLDR: Mit einer quanten- / halbklassischen Übergangszustandstheorie.

Um die Lebensdauer des Tautomers zu bestimmen, müssen Sie die Geschwindigkeitskonstante für den Zerfall vom Tautomer zum herkömmlichen Dimer kennen . Dies ist eher eine kinetische als eine thermodynamische Frage, sodass Sie diese Frage nicht durch Vergleichen der Einzelpunkt-DFT-Energien beantworten können. Die Geschwindigkeit variiert auch mit der Temperatur.

Ein komplizierender Faktor ist, dass die sich bewegenden Kerne Protonen in Wasserstoffbrückenbindungen sind. Wasserstoffbrückenbindungen sind häufig Doppelmuldenpotentiale mit zwei Minima, eines nahe jedem Ende der Bindung - in diesem Fall das Tautomer und das herkömmliche Dimer. In diesem Fall ist der physikalische Abstand zwischen den Minima gering und das Proton kann durch die Potentialbarriere zwischen den beiden Minima tunneln - daher sind nukleare Quanteneffekte wahrscheinlich wichtig, zumindest bei niedrigen Temperaturen .

Methoden zur Berechnung von nuklearen Quanteneffekten können sehr rechenintensiv sein und erfordern möglicherweise, dass Sie in einer reduzierten dimensionalen Repräsentation arbeiten - nur unter Berücksichtigung der beiden Protonen quantenmechanisch und möglicherweise zur Vereinfachung der umgebenden Struktur.

Zwei mögliche Methoden, die eine Rate unter Berücksichtigung nuklearer Quanteneffekte berechnen könnten, sind semiklassische Transtitionszustandstheorie oder Ringpolymer-Molekulardynamik , das in Taschen größerer Systeme wie Proteine ​​ angewendet wurde.

Weitere Informationen zu seiner Reaktionsklasse - oft als protonengekoppelter Elektronentransfer bezeichnet - finden Sie in [dieser Übersicht] (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3449329/).


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