π-Cooperativity effect on the base stacking interactions in DNA: is there a novel stabilization factor coupled with base pairing H-bonds?

文献情報

出版日 2014-06-09
DOI 10.1039/C4CP00997E
インパクトファクター 3.676
著者

Hande Karabıyık, Resul Sevinçek, Hasan Karabıyık


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要旨

The results from absolutely localized molecular orbital (ALMO)-energy decomposition analysis (EDA) and ALMO-charge transfer analysis (CTA) at M06-2X/cc-pVTZ level reveal that double-proton transfer (DPT) reactions through base pairing H-bonds have nonignorable effects on the stacking energies of dinucleotide steps, which introduces us to a novel stabilization (or destabilization) factor in the DNA duplex. Thus, intra- and inter-strand base stacking interactions are coalesced with each other mediated by H-bridged quasirings between base pairs. Changes in stacking energies of dinucleotide steps depending on the positions of H atoms are due to variations in local aromaticities of individual nucleobases, manifesting π-cooperativity effects. CT analyses show that dispersion forces in dinucleotide steps can lead to radical changes in the redox properties of nucleobases, in particular those of adenine and guanine stacked dimers in a strand. Besides Watson–Crick rules, novel base pairing rules were propounded by considering CT results. According to these, additional base pairing through π-stacks of nucleobases in dinucleotide steps does not cause any intrinsic oxidative damage to the associated nucleobases throughout DPT.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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