Interactions moléculaires et structure hélicoïdale des acides nucléiques

Institut de Biologie Physico-Chimique, Laboratoire de Biochimie associé au CNRS, 13, rue Pierre-Curie, Paris, 5 e, France.

Résumé

On calcule les énergies d’interaction (dites verticales) entre paires de bases superposées. On considère deux types de positions relatives ;

• 1)

  positions correspondant à un mouvement hélicoïdal, autour de l’axe de l’hélice, de l’une des paires (détorsion), la relation entre l’angle des paires et leur distance verticale étant imposée par la chaîne sucre-phosphate;

• 2)

  positions correspondant à une rotation libre de l’une des paires autour de l’axe, la distance verticale restant égale à 3,36 Å.

On calcule les énergies « à long rayon d’action » (électrostatique, polarisation, dispersion) dans l’approximation « monopoles et polarisabilités de liaison », et l’énergie de répulsion à courte distance est évaluée au moyen d’une formule semi- empirique dérivant de celle proposée par Kitaygorodsky.

Les résultats obtenus permettent d’expliquer par la théorie la structure hélicoïdale des acides nucléiques. Les valeurs d’énergie obtenues peuvent être utiles pour des problèmes impliquant une détorsion de l’hélice double. On discute brièvement le rôle de la chaîne sucre-phosphate et du solvant.

Abstract

The «vertical » interaction energies between stacked base pairs are calculated. Two kinds of relative positions are considered:

• 1)

  positions corresponding to the helical movement of one base pair around the helix axis. The relation between the angle of the two pairs and their vertical distance is determined by the sugar-phosphate chain;

• 2)

  positions corresponding to a free rotation of one base pair around the axis, for a fixed vertical distance equal to 3.36 Å.

The long range energies (electrostatic, polarisation, dispersion) are calculated in the framework of the « monopoles and bond polarisabilities » approximation, and the short range repulsion energy is evaluated using a semi-empirical formula derived from the one proposed by Kitaygorodsky.

The results lead to a theoretical explanation of the helical structure of the nucleic acids. The energy values obtained may be of some use for problems involving the unwinding of the helix. The role played by the sugar-phosphate chain and by the solvent is briefly discussed.