В новой работе исследователи из США и Китая заявляют, что мышьяксодержащая молекула ДНК может оказаться стабильнее, чем это предполагалось ранее.

В 2011 году в журнале Science была опубликована статья, в которой заявлялось, что бактерия, обитающая в озере Моно, не только эволюционировала таким образом, что приобрела толерантность к высоким концентрациям мышьяка, но и содержит мышьяк в ДНК.

Статья вызвала неоднозначную (главным образом критическую) реакцию научного сообщества, многие исследователи аргументировали невозможность реализации такого сценария тем, что образующиеся арсенаты должны быть гидролитически неустойчивы.

В новой работе исследователи из США и Китая заявляют, что мышьяксодержащая молекула ДНК может оказаться стабильнее, чем это предполагалось ранее.

Цзянде Гу (Jiande Gu) и Иржи Лещински (Jerzy Leszczynski) с коллегами провели квантово-химическое исследование, результаты которого показали, что

вторичная структура ДНК должна способствовать увеличению устойчивости арсенатных (выступающих аналогами фосфатных) мостиков по отношению к гидролизу. Тем не менее, Лещински заявляет, что в соответствии с результатами исследования мышьяксодержащая ДНК (As-DNA) все равно является менее устойчивой к гидролизу, чем нормальная ДНК, нуклеозиды в которой связаны остатками ортофосфорной кислоты.

Рис. 1. Структура ДНК, сшитой арсенатными,
а не фосфатными мостиками. (Рисунок из Chem.
Commun., 2012, DOI: 10.1039/c2cc16600c).

Изученная исследователями система представляла собой динуклеотид – арсенат-дезоксигуанилил-3',5'-дезоксигуанизин (dGAsdG) – это соединение представляет собой достаточно простую модель одноцепочечной молекулы ДНК. Проведенные ранее исследования главным образом были сконцентрированы на изучении свойств сложноэфирной арсенатной группировки, а не той модели ДНК, в которой бы учитывались водородные связи и стекинг-взаимодействия, возникающие между азотистыми основаниями. Тем не менее, по словам Лещински,

межмолекулярные взаимодействия между азотистыми основаниями приводят к стабилизации тригонально-бипирамидальной формы арсенат-фрагмента, характерного для As-DNA.

Тем не менее, Николас Уильям (Nicholas Williams) из Университета Шеффилда отмечает, что несмотря на обнаруженное в новом исследовании различие в реакционной способности «голого» арсенатного фрагмента и арсентатного фрагмента, стабилизированного вторичной структурой ДНК, этот эффект ничего не значит из-за колоссального различия химических свойств производных мышьяка и фосфора – реакционная способность мышьяксодержащих соединений гораздо выше, чем у фосфорсодержащих, поэтому вряд ли можно серьезно говорить о возможности существования ДНК, в которой реализуется остатки ортофосфорной кислоты замещены остатками ортомышьяковой.

Линн Камерлин (Lynn Kamerlin), специалист по молекулярной биологии из Университета Уппсалы (Швеция) согласна с доводами Уильяма. Она добавляет, что хотя результаты работы Гу и Лещински и можно рассматривать как интересные теоретические изыскания, они все же остаются теоретическими спекуляциями и не подтверждаются экспериментальными данными.