Using the semiempirical potential function, conformational energies of the model compounds, d(pCp), d(pGp), and d(pCpGpCp) are calculated, and the B→Z transition is discussed along the pseudorotational path of the sugar ring. For the sugar ring without the base attached, the minimum energies for each sugar puckering form are calculated along the pseudorotational path. The energy barrier of the interconversion between the C(3')-endo form and the C(2')-endo form is calculated to be about 2.0 kcal/mol. From the conformational energy calculations of the interconversions of mononucleotide diphosphates, d(pCp) and d(pGp), between the C(2')-endo and the C(3')-endo conformers, the purine sugar component is known to be more convertible than the pyrimidine sugar segment. Based on the results of conformational studies of DMP. d(pCp), and d(pGp), a topological transition of the handedness of the model compound, d(pCpGpCp), is studied. The left-handed Z-form is found to be less stable by about 8.5 kcal/mol than is the right-handed B-form. The energy barrier of the Z→B transition is calculated to be about 17.4 kcal/mol. The contributions of the electrostatic and nonbonded energies to the energy barrier are discussed in connection with the conformational changes of the model compound, d(pCpGpCp).
Conformational changes in the RNA-protein interaction are studied by calculating the intramolecular interaction energy of a model complex with the use of potential functions. The model complex has hydrogenbonded water moleculas bridging polypeptide NH groups to 2'-hydroxyl groups and sugar ring oxygen atoms. Since the sugar ring is constrained by the bridging water, the preliminary calculations with the model compounds, the sugar ring, mononucleoside diphosphates, pCp and pGp, are practiced. And the flexibility and the energetics of the sugar ring are compared with the previous results of DNA. The shift of the phase angle of the sugar ring is occurred in the complex formation because of the hydrogen bond through the bridging water and the flexibility of the sugar ring. Free energy difference at 298 K is about -74.0kcal/mol obtained from the intramolecular interaction energy difference of -67.5kcal/mol by adding the conformational entropy change of 21.9 e.u., which is calculated from the evaluation of the determinant of the matrix containing variances and covariances of the internal coordinates.
Intermediate water structures in the solution of alanine dipeptide are investigated. With the ST2 water model the solute, $Ala_2$, is hydrated. Spherical interaction energy map is obtained from the minimization of the solute-water and water-water interaction energies. Hydrophilic hydration is consisted of twenty water molecules. Fifty-two water molecules are structured around the hydrophobic methyl groups. In the structural aspects of waters, the hydrogen bond network is considered thoroughly. Six-membered cyclic form is distributed up to sixty-two per cent statistically.
오른 나사 방향의 이중나선 구조를 가지는 정상적인 DNA는 어떤 특수한 상태에서는 왼나사 구조를 가진다. 이러한 구조의 변화를 일으키는 여러 가지 이유를 살피기 위해 DNA 모형을 사용하여 에너지 변화를 계산해 보았다. 왼나사 구조가 오른나사 구조보다 8.5kcal/mol 정도 불안정하지만 정전기적 상호작용을 할 수 있는 이온이나 분자들이 접근했을 때는 그러한 구조적인 변이가 충분히 일어날 수 있다. 이러한 DNA와는 다르게 OH 기가 붙어 있는 RNA는 분자적인 면에서 단백질과의 상호작용이 특별하다. 이중나선 구조의 RNA가 단백질과 결합할 때, 그 사이에 끼어들어서 3개의 수소결합을 이루어 구조와 에너지적인 면에서 그 결합체를 안정화시키는 물분자가 존재 가능하다. 여러 실험 사실들과 비교되고, 그 결합 과정에서 일어나는 RNA와 단백질의 구조 변화와 에너지를 살펴보았다. 위의 여러 가지 생체물질 사이의 상호작용은 실지로 물속에서 일어나기 때문에, 생체물질 주위의 물의 구조에 대해 살피는 것이 중요하다. 이를 위해 가장 간단한 단백질 분자 알라닌을 선정하여 이것의 주위에 물 분자를 수화시켜 나가면서 물분자 간의 수소결합으로 이루어지는 그물 조직 구조를 살펴보았다. 특이할 만한 것은 72개의 물 분자로 이루어지는 그물 조직에서 6개의 물 분자가 서로 수소결합하여 고리모양을 이루는 것이 6할 이상의 분포를 가지는 것이다. 이 결과는 앞으로 생체분자나 이온들의 용액 상태를 연구하는 데 중요한 역할을 할 것이다.
