The interactions of metal ions with thymine tautomers: A computational study

Abstract

Bu çalışmada, çeşitli timin ve totomerlerinin metal iyonları ile etkileşiminin hesaplamalı kimya yöntemleri kullanılarak açıklanması amaçlanmıştır. Metal iyonlarının nükleobazın yanında bulunması, bazdaki elektron dağılımını ve de totomerik dengeyi büyük ölçüde etkilemektedir. Metal iyonları seyrek bulunan totomerlerin varolmasını sağlarken, bu totomerlerin varlığı ise nokta mutasyonu dahil çeşitli biyokimyasal süreçlerin oluşumunu sağlar. Çalışmamızda, DFT metodu B3LYP/6-31++G** seviyesinde kullanılarak Li+, Na+, K+, Be+2, Mg+2, Ca+2, Cu+, Cu+2 ve Fe+2metal iyonları ile timin, timin totomerleri ve metillenmiş timin türevlerinin etkileşimi incelenmiştir. Metal ve timin arasında katyon-heteroatom ve katyon-π bağlanmaları gözlemlenmiştir. Olası timin totomerlerinin N1-metilleştirmesi totomerik dengeyi etkilemezken, iyonların bazlarla olan etkileşim enerjileri büyük olmasından dolayı totomerik denge sıralamasını değiştirmiştir. Elde edilen sonuçlar, literatürdeki deneysel ve teorik çalışmalarla karşılaştırmış ve de doğrulanmıştır.

In this study the aim of is to elucidate the interactions of thymine and its tautomers with various metals with the use of computational chemistry tools. The presence of metal ions near bases can strongly affect the electron distribution in the bases and thus also the tautomeric equlibria. The effect of the metal ions can favor the formation of the rare tautomers, which are believed to be involved in various biochemical processes including point mutation. In our work, DFT method was used at B3LYP/6-31++G** level to investigate interactions of Li+, Na+, K+, Be+2, Mg+2, Ca+2, Cu+, Cu+2 and Fe+2 metal ions with tautomers of thymine and its methylated derivatives. Both cation-π and cation- heteroatom binding were found between metal cations and thymine tautomers. N1- methylation of all possible thymine tautomers didn't affect on tautomeric equlibria. Due to the high interaction energies of the cations with bases, the tautomeric equilibria order was changed. The results of the study were compared and validated with the previous experimental and theoretical studies.