Part A
A theoretical study on the hydration of B-and Z-DNA double helices has been carried out using empirical potential energy functions. The interaction energy between water and the model compounds has been computed considering only the first hydration shell.
The results show the number of binding water molecules to be thirty-six and twenty-five in B- and Z-DNA, respectively. The water molecules in the first hydration shell of B-DNA are very well ordered along the phosphate groups of the backbone whereas those of Z-DNA are more disordered than in B-DNA and are more strongly bound. The water molecules near the first hydration shell of Z-DNA are thought to move more freely than those of B-DNA.
Part B
Monte Carlo simulations have been performed on the pure liquid water and the dilute aqueous solution of Vitamin C molecule at 298 K, 273 K and 253 K. The simulations were carried out by using optimized intermolecular potential function and TIP4P water model. In each case, the following properties are calculated, such as distribution of several water ring structures and free energy of the solution. The results show that the free energy of water around Vitamin c molecule is lower than pure water at same temperature and shift to lower value as the temperature decrease. And also, the hydrogen bond linkage of water molecules show several kind of cyclic form. The concentration of six membered ring is more dominant than other cyclic form and increased as the temperature decreases from 298 K to 253 K, respectively. In the solution of Vitamin C, the concentration of six membered ring is more increased than pure liquid water at same temperature.
Part C
The Molecular Dynamics (MD) simulations are used to study the internal mobility of B-and Z-DNA double helix, and B-DNA complex with daunomycin, an anthracycline antibiotic, according to the increase of the sodium ion concentration. The simulations were carried out during 100 ps by using Amber force field in DISCOVER force field libraries. The helix form of DNA is preserved throughout the simulations. As sodium ion concentration increases, the atomic fluctuations of the B-, Z-DNA double helix, and B-DNA complex with daunomycin are compared and discussed. The results show that the mobility of B-DNA increases as sodium ion concentration increases, but that of Z-DNA decreases. The motions of the B-DNA complex with daunomycin are smaller than those of B-DNA without daunomycin. The existence of daunomycin stabilize the B-DNA double helix. And also, the transition from Z-DNA complex to B-DNA complex with daunomycin is investigated.
B와 Z-DNA 이중 나선 구조의 수화에 관해 실험적 포텐셜 함수를 이용해 이론적 연구를 하였다. 물과 모델 화합물 사이의 상호 작용 에너지는 첫번째 수화껍질만을 고려하여 계산하였다. 이 결과로 결합된 물분자의 수는 B-DNA에서 36개 Z-DNA에서 25개 이다. B-DNA의 첫번째 수화껍질에서 물문자는 중심축의 Phosphate군에 따라 아주 잘 구조화 되어 있으나 Z-DNA 경우는 보다 무질서하고 B-DNA보다 더 강하게 결합되어 있음을 알수있다.
다음은 순수한 물과 비타민 C 묽은 수용액에서 298 K, 273 K 그리고 253 K 온도에서 통계적 모의실험이 연구되었다. 이 연구는 TIP4P 포텐셜 함수를 이용해 물의 여러형태 고리의 분포와 용액의 자유 에너지 같은 여러 성질들이 계산되었다. 실험결과는 같은 온도에서 비타민 C 주위 물의 자유에너지가 순수한 물의 경우보다 더 낮은 값을 갖으며 온도 감소에 따라 점점 더 낮아짐을 볼수있다. 또한 물분자의 수소 결합은 몇 종류의 고리형태를 나타내는데 육각형 고리의 분포는 다른 고리의 분포 보다 훨씬 우세하고 온도 감소에 따라 증가한다. 비타민C용액에서 육각형 고리의 분포는 같은 온도에서 순수한 물보다 증가함을 볼수 있다.
다음 연구는 B- 와 Z-DNA 이중나선구조와 DNA와 항생제로 잘 알려진 도노마이신 복합체의 내부 운동에 관해 나트륨 이온 농도 증가에 따라 분자 동력학적 방법으로 계산하였다. 이 연구는 DISCOVER 컴퓨터 소프트웨어를 이용해서 100 ps동안 계산하였다. DNA의 나선형태는 계산중에 유지되고 나트륨 이온 농도가 증가할 때의 B와 Z-DNA 이중나선 구조와 B-DNA 와 도노마이신 복합체의 움직임이 비교 토론 되어졌다. 결과는 나트륨이온 농도 증가에 따라 B-DNA의 움직임은 증가하고 Z-DNA의 움직임은 감소하며 B-DNA 와 도노마이신 복합체의 운동은 순수 B-DNA의 분자 움직임보다 작게 나타난다. 이로 도노마이신의 존재는 B-DNA 이중나선 구조를 안정화시킴을 알 수있다. 또한 Z-DNA와 도노마이신 복합체로부터 B-DNA와 도노마이신 복합체로의 전이가 조사 되었다.
