Computational modeling of charge transfer in nucleobase-aromatic amino acid complexes

Abstract

The present thesis models nucleobase-amino acid charge transfer reactions, which can serve as base for future computational investigations of charge transfer processes in DNA-protein systems. Guanine and adenine charge transfer reactions with aromatic amino acids (histidine, phenylalanine, tryptophan, and tyrosine) have been studied. Both pi-stacked and T-shaped nucleobase-aromatic amino acid interactions have been found to produce fast charge transfer rates. Most of the aromatic amino acids are able to extract charges from DNA. Special attention has been paid to tryptophan because its redox properties. Tryptophan is the best aromatic amino acid to extract cationic charges from guanine and adenine.The studied interactions have been shown to be extremely sensitive to conformational fluctuations.

Aquesta tesis doctoral modelitza reaccions de transferència de càrrega en sistemes compostos per una nucleobase i un aminoàcid. Un millor coneixement d’aquestes interaccions pot servir com a base per futures investigacions de processos de transferència de càrrega en sistemes ADN-proteïna. S’han estudiat les reaccions de transferència de càrrega de la guanina o adenina amb aminoàcids aromàtics (histidina, fenilalanina, triptòfan i tirosina). Especialment, les interaccions amb el triptòfan, que gràcies a un potencial de ionització semblant al de la guanina pot estabilitzar millor que els altres aminoàcids un estat radical catió. S’han considerat tant interaccions dels sistemes pi com conformacions en forma T del les parelles nucleobase-aminoàcid, obtenint velocitats de reacció ràpides. La majoria d’aminoàcids aromàtics són capaços d’extreure càrregues de l’ADN. Les interaccions estudiades s’han mostrat molt sensibles a fluctuacions conformacionals.