Binding of metal ions and water molecules to nucleic acid bases: the influence of water molecule coordination to a metal ion on water–nucleic acid base hydrogen bonds

Andrić, Jelena M.; Stanković, Ivana; Zarić, Snežana D.

doi:10.1107/s2052520619001999

Cited by 3 publications

(2 citation statements)

References 46 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…17 In accordance with the knowledge that coordination can influence properties of noncovalent interactions, 18,19 in our recent work, we showed that hydrogen bonds involving coordinated water molecules and oxygen or nitrogen atoms of nucleic bases are shorter and stronger compared to similar hydrogen bonds involving noncoordinated water molecules. 20 Similarly, stronger hydrogen bonds involving coordinated hydrogen donors compared to those involving noncoordinated hydrogen donors were observed in other systems. 21,22 This is the consequence of the strong polarization present in coordinated ligands.…”

Section: ■ Introductionmentioning

confidence: 79%

Strong Hydrogen Bonds of Coordinated Ammonia Molecules

Živković¹,

Veljković

Zarić

2021

Crystal Growth & Design

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The hydrogen bonds of noncoordinated (NH/O) and coordinated ammonia (MLNH/O) with water molecules were studied by analyzing data in the Cambridge Structural Database (CSD) and by DFT calculations. The data from the CSD on the distribution of hydrogen bond d HO distances of the coordinated ammonia show a peak in the range of 2.0−2.2 Å with a significant number of hydrogen bonds in the range of 1.8−2.0 Å. Analysis of Hirshfeld surfaces showed that coordinated NH 3 molecules are involved in numerous noncovalent contacts. The DFT calculations were performed on linear complexes of silver(I), square-planar complexes of platinum(II), tetrahedral complexes of zinc(II), and octahedral complexes of cobalt(III) by varying the charge of the complexes. The calculated data show that coordinated ammonia has stronger hydrogen bonds than noncoordinated ammonia, even for neutral complexes. The hydrogen bond energy of noncoordinated ammonia is −2.3 kcal/mol, while for coordinated ammonia, attractive interactions are in the range of −3.7 to −25.0 kcal/mol, depending on the metal ion and charge of the complex. The interaction energies for metal complexes from neutral to charged species are for the linear silver(I) complex from −6.0 to −10.7 kcal/mol, while for the square planar complex, interactions span from −5.9 to −19.9 kcal/mol. The tetrahedral zinc(II) complexes have interaction energy from −5.5 to −17.5 kcal/mol, while for the octahedral cobalt(III) complex, attractive interaction energies are from −3.7 to −25.0 kcal/mol. With the increasing charge of the metal complex, the hydrogen bond between coordinated ammonia and free water becomes stronger, and in accordance with that, the d HO distance becomes shorter. The bifurcated interaction is stronger than monofurcated for all complexes. The interaction energies correspond well with the electrostatic potential (Vs) values on interacting hydrogen atoms; the more positive Vs values on hydrogen atoms lead to stronger interaction. The hydrogen bond between ammonia and water molecules (−2.3 kcal/mol) is quite weak in comparison to the water/water hydrogen bond; it is 50% of the water/water hydrogen bond (−4.84 kcal/mol). Although the hydrogen bonds of coordinated ammonia are also weaker than hydrogen bonds of coordinated water molecules, the difference is smaller, indicating the importance of the coordination on the strength of hydrogen bonds.

show abstract

Section: ■ Introductionmentioning

confidence: 79%

Strong Hydrogen Bonds of Coordinated Ammonia Molecules

Živković¹,

Veljković

Zarić

2021

Crystal Growth & Design

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Атом кислорода (как более электроотрицательный, чем атомы водорода) оттягивает электронную плотность, образуя частично отрицательный заряд. Благодаря своей структуре молекулы воды могут взаимодействовать друг с другом и с другими биоорганическими молекулами внутри клетки посредством водородных связей (11,12). Все это определяет важность воды как одного из основных элементов клетки в процессе ее функционирования, включая реализацию генетической информации на молекулярном и клеточном уровне.…”

unclassified

INTERACTION OF NUCLEIC ACIDS WITH MOLECULES OF WATER, PROTEINS, AND INTERCALATORS (review)

Chesnokov¹

2021

S-h. biol.

View full text Add to dashboard Cite

Современные представления о межмолекулярных взаимодействиях в клетке неполны без понимания того, как формируются комплексы между нуклеиновыми кислотами и основными внутриклеточными компонентами -водой и белками и что определяет пространственную стабилизацию таких комплексов. То же справедливо в отношении интеркаляции -внутриклеточного межмолекулярного взаимодействия веществ планарной структуры, способных внедряться между соседними парами азотистых оснований в молекулы ДНК и РНК, которое играет особую роль в фармакологии и генетическом мутагенезе. Кроме того, интеркаляция, может оказывать сильное влияние на клеточный метаболизм, замедляя, а в некоторых случаях прекращая рост клеток, что в определенных условиях приводит как к апоптозу, так и к раковым заболеваниям либо, наоборот, к выздоровлению от такого рода заболеваний (M. Ashrafizadeh с соавт., 2020). Настоящий обзор посвящен рассмотрению молекулярных механизмов и биологической роли этих процессов. Известно, что двойная спираль ДНК может взаимодействовать с полипептидами при помощи образования специфических водородных связей между Уотсон-Криковскими парами оснований и боковыми цепями аминокислот (C.N. Pace с соавт., 2004), посредством интеркаляции боковых цепей ароматических аминокислот между парами оснований, при которой также проявляется некоторая специфичность (A. Bazzoli с соавт., 2017), и за счет непосредственного связывания белковых спиралей и -слоев в желобках ДНК (E. Del Giudice с соавт., 2009). Предполагается, что последний тип взаимодействия имеет место, например, в комплексах ДНК с cro-репрессором экспрессии генной активности и с белком, активирующим катаболизм, для которого предложены две модели связывания -спиралей с левосторонней и правосторонней двойной спиралью ДНК в В-форме. Указывается, что если известна структура молекулы нуклеиновой кислоты, то величину поверхности ДНК и РНК, доступной для молекул воды или иных растворителей, можно определить расчетным способом. При этом в случае сворачивания ДНК в растворе в двойную спираль ее молекула становится полярной. При такого рода гидратации вокруг молекулы ДНК образуются две гидратные оболочки. Первая из них, состоящая примерно из 20 молекул воды в расчете на один нуклеотид, непроницаема для катионов и по своей агрегатной структуре не похожа на лед, а вторая оболочка неотличима от обычной воды. Различия в структуре гидратных оболочек проливают свет на природу конформационного перехода между формами В  А, происходящего при уменьшении гидратации молекулы ДНК. Описано также взаимодействие нуклеиновых кислот с молекулами лекарственных и иных планарных веществ. При этом в обзоре рассмотрены только интеркаляционные комплексы с препаратами, молекулы которых имеют плоскую структуру или обладают плоскими функциональными группами. Продемонстрировано, что связывание таких веществ с двойной спиралью протекает в две стадии: на первой происходит их присоединение по периферии спирали, на второй осуществляется интеркаляция, то есть собственно встраивание интеркалятора в планарной плоскости между парами нуклеот...

show abstract

Solvation structure and hydrogen bond dynamics of uracil–water and thymine–water: A comparison of different force fields of uracil and thymine

Parida,

Chowdhuri

2024

Chemical Physics Letters

View full text Add to dashboard Cite

Binding of metal ions and water molecules to nucleic acid bases: the influence of water molecule coordination to a metal ion on water–nucleic acid base hydrogen bonds

Cited by 3 publications

References 46 publications

Strong Hydrogen Bonds of Coordinated Ammonia Molecules

Strong Hydrogen Bonds of Coordinated Ammonia Molecules

INTERACTION OF NUCLEIC ACIDS WITH MOLECULES OF WATER, PROTEINS, AND INTERCALATORS (review)

Solvation structure and hydrogen bond dynamics of uracil–water and thymine–water: A comparison of different force fields of uracil and thymine

Contact Info

Product

Resources

About