Estudo teórico das interações entre bases nitrogenadas do adn com o ÍON
LI
+utilizando o modelo contínuo polarizável
Theoretical study of the interactions between dna nitrogen bases with the
LI
+ION using the polarizable continuum model
DOI:10.34117/bjdv6n6-583
Recebimento dos originais: 08/05/2020 Aceitação para publicação: 26/06/2020
Débora Ilario da Silva Gomes
Mestranda em Tecnologia Ambiental/ EEIMVR/UFF
Endereço: Av. dos Trabalhadores, 420 - Vila Santa Cecília, Volta Redonda E-mail: [email protected]
Antonio Rafael de Oliveira Universidade Federal Fluminense
Endreço: R. São João Batista, 2-188 – Centro, Niterói - RJ, Brasil E-mail: [email protected]
Daniel Garcez Santos Quattrociocchi Universidade Federal Fluminense
Endreço: R. São João Batista, 2-188 – Centro. Niterói - RJ, Brasil E-mail: [email protected]
Carlos Eduardo de Souza Teodoro
Professor da Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental/EEIMVR/UFF Endereço: Av. dos Trabalhadores, 420 - Vila Santa Cecília, Volta Redonda – RJ.
Lilian Weitzel Coelho Paes
Professora da Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental/EEIMVR/UFF Endereço: Av. dos Trabalhadores, 420 - Vila Santa Cecília, Volta Redonda – RJ.
E-mail: [email protected] RESUMO
Neste trabalho foram estudadas as interações entre o íon Li+ com as bases adenina, guanina e citosina. A otimização de geometria, a energia de ligação e as afinidades de íons metálicos (AIM) foram calculadas usando a Teoria Funcional da Densidade com o funcional B3LYP e o conjunto de base 6-311++G(d,p), com o modelo de solvatação (CPCM). Os locais mais favoráveis de ligação do íon Li+ nas bases nitrogenadas adenina, guanina e citosina foram determinados a partir dos resultados obtidos de afinidade por íons metálicos (AIM) para cada sítio de ligação. A ordem de afinidade íon/base encontrada neste trabalho foi: Adenina > Guanina > Citosina.
. Quanto maior a diferença de energia entre o HOMO e o LUMO, maior é a estabilidade dos complexos. Foi observado que os complexos com maiores diferenças de energia HOMO-LUMO também possuem valores mais elevados de afinidade íon metal (AIM).
ABSTRACT
In this work, the interactions between the Li+ ion and the adenine, guanine and cytosine bases were studied. The optimization of geometry, binding energy, and metal ion affinities (MIA) were calculated using the Functional Density Theory with the functional B3LYP and the 6-311++G (d, p) base set, with the solvation model (CPCM).
The most favorable binding sites for the Li+ ion in the adenine, guanine and cytosine bases were determined with the metal ions affinity values (MIA). The calculated order of ion / base affinity preference is Adenine > Guanine > Cytosine.
It is observed that complexes with greater energy gap HOMO-LUMO also have higher values of AIM.
Keywords: Nucleic bases, Metal ion affinity, DFT
1 INTRODUÇÃO
O ácido desoxirribonucleico (ADN) é um biopolímero composto de monômeros nucleotídeos que transporta informação genética e possui uma estrutura de dupla hélice (Minchin e Lodge, 2019). A interação entre íons tais como: Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+ e Ag+ com as bases nitrogenadas presente no ADN é um assunto de interesse contínuo em bioquímica, devido as suas funções relevantes em muitos processos biológicos (Moussatova et al., 2003; Oliva e Cavallo, 2009; Shamsi e Kraatz, 2013; Morris, 2014; Sarvan et al., 2018).
Os íons metálicos estão envolvidos em quase todos os aspectos da química dos ácidos nucleicos. O seu papel mais importante é certamente a manutenção da integridade estrutural dos ácidos nucleicos (Shamsi e Kraatz, 2013) Apesar do fato que geralmente interagem com os grupos fosfato e, em menor grau, com as bases, sabe-se que as interações cátion-base estão envolvidas em muitos processos biofísicos importantes (Morris, 2014).
Os cátions de metais alcalinos estão presentes na síntese, replicação e integridade estrutural do ADN. Apesar disto, em concentrações elevadas podem causar efeitos indesejados devido a interação com as bases nitrogenadas presentes no ADN. Essa interação leva a uma alteração estrutural devido a quebra das ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. O conhecimento da natureza desta interação pode resultar em informações relevantes para o entendimento da bioquímica envolvida nestes processos a partir de modelos simples (Auffinger e Westhof, 2000; Polyanichko et al., 2004; Owczarzy et al., 2008; Dean et al., 2012; Burda e Šebesta, 2016).
Destacando dentro deste contexto os íons dos metais alcalinos Li+, Na+ e K+ (Murray et al., 1998; Curtis e Bartel, 2001; Torabi et al., 2015). Os íons metálicos alcalinos apresentam baixa tendência a formar ligações covalentes e tendem a interagir com bases duros segundo a classificação de Pearson, sendo possível prever os átomos doadores preferenciais nos complexos com o íon Li+ (Costa et al., 2012).
As interações de cátions de metais alcalinos com as bases nitrogenadas de ADN foram investigadas por vários métodos experimentais e teóricos (Cerda e Wesdemiotis, 1996; Russo et al., 2001b; Sun et al., 2007; Pakiari e Farrokhnia, 2014).
A aplicação de métodos teóricos e experimentais para o estudo da dissociação induzida por colisão (CID), com a finalidade de obter informações termodinâmicas entre a interação das bases de ácidos nucléicos (Uracil, Timina e Adenina) e os íons de metais alcalinos foram reportados na literatura (Rodgers e Armentrout, 2000). Neste trabalho os autores estimaram que a magnitude da interação com o grupo amino é suficiente para interromper a ligação de hidrogênio dos pares de bases de ácido nucléicos para os íons Li+, Na+, como também provavelmente para íons de metais de transição, onde foi possível estabelecer uma boa concordância entre as afinidades de íons de metais alcalinos com as bases determinada experimentalmente e os cálculos teóricos.
Um dos primeiros estudos teórico reportado na literatura da interação do cátion Li+ com as bases nitrogenadas guanina e a citosina foi realizado por Del Bene (Del Bene, 1984). Neste trabalho cálculos ab initio com o conjunto de bases STO-3G foram realizados para determinar as estruturas otimizadas dos complexos de Li+ com timina, citosina, adenina e guanina. Os autores concluíram que o complexo mais estável de Li+ com as bases são os complexos de ponte com guanina e citosina, que apresentam energias de estabilização de -78,4 e -77,1 kcal / mol, respectivamente.
Recentemente foi publicado um estudo teórico da interação de três espécies diferentes de lítio, Li+, Li
3+ e CH3Li+ com vários sítios de coordenação das bases de ácidos nucléicos, onde foi possível estabelecer uma ordem de afinidade das espécies estudadas com os as bases pressentes no ADN (Pakiari e Farrokhnia, 2014). Neste trabalho os autores concluíram que o modo de coordenação do lítio afeta o valor da afinidade íon metálico (AIM). Além de estabelecer a seguinte ordem de afinidade do lítio com as bases de ADN guanina > citosina > adenina> timina para Li+ e Li3+ enquanto no caso do sistema CH3Li é citosina > guanina > adenina > timina.
Desta forma, a química quântica baseada em cálculos TDF emerge como uma importante ferramenta fornecendo dados relativos à estrutura, estabilidade, propriedades termodinâmicas e eletrônicas de sistemas complexos, o que, por sua vez, ajuda na compreensão das funções biológicas (Meyer e Sühnel, 2003; Moussatova et al., 2003; Reynisson e Steenken, 2003; Burda e Šebesta, 2016) A maioria dos cálculos teóricos sobre a interação entre os íons de metais alcalinos e as bases de ácidos nucléicos reportados na literatura foram realizados em fase gás, no entanto, as condições fisiológicas necessitam que levem em consideração o meio, isto é, a água (Zhu et al., 2004; Sun e Bu, 2005; Leonardo Andres Espinosa e Olga, 2015). Portanto, consideramos de grande valia empreender uma sistemática no estudo teórico utilizando o método do Funcional de Densidade incluindo o método de solvatação implícito CPCM (Modelo Contínuo Polarizável) (Tomasi e Persico, 1994) com
solvente água, tendo com objetivo avaliar a influência do meio nos parâmetros estruturais e eletrônicos dos sistemas de estudo, como também avaliar as mudanças nas energias das interações envolvidas no processo.
As bases adenina e guanina (purina) apresentam três átomos de nitrogênio endocíclicos desprotonados em pH fisiológico (N1, N3 e N7), e desta forma, possuem as propriedades necessárias para coordenação com íons metálicos (Goh et al., 2012), porém na dupla hélice do ADN a posição N7 é o sítio de coordenação preferido. Por outro lado, a base citosina (pirimidínica) apresenta os átomos N3 e O2 como favoráveis como sítios de coordenação, sendo o átomo O2 o sítio de menor preferência para a coordenação no DNA. Ressalta-se que quelatos metálicos com bases nucleotídicas são possíveis, mas são relativamente raros (Lippert, 2000).
Tendo em vista que as bases de ácidos nucléicos apresentam vários sítios de coordenação com diferentes forças de interação, uma das principais questões é determinar o sítio da base com maior afinidade pelo metal. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a interação do íon Li+ com os principais sítios de interação das bases adenina, guanina e citosina.
2 DETALHES COMPUTACIONAIS
Os cálculos foram realizados no programa Gaussian 09W (Frisch et al., 2009) utilizando cálculos com o funcional B3LYP (Becke, 1988; Lee et al., 1988; Barone e Cossi, 1998) e a função de base 6-311++G(d,p). As frequências harmônicas calculadas permitiram verificar a natureza dos pontos estacionários como pontos de mínimo na superfície de energia potencial, não apresentando nenhuma frequência negativa.
As funções de Fukui foram calculadas uma vez que fornecem uma boa análise da seletividade local de reatividade utilizando as cargas de Hirshfeld (Hirshfeld, 1977). Aplicando aproximação de diferenças finitas, os índices de Fukui podem ser definidos pelas equações:
( 1) ( ) para ataque nucleofílico
k k k
f+ =q N+ −q N (1)
( ) ( 1) para ataque eletrofílico
k k k
f− =q N −q N− (2)
Onde: q Nk( ) é a carga calculada no átomo k na molécula neutra, q N +k( 1) é a carga calculada no átomo k na molécula aniônica e q N −k( 1)é a carga calculada no átomo k na molécula catiônica.
A energia de interação metal-ligante é calculada segundo a equação 3 abaixo
( )
int MB B M
Onde EB é a energia das bases nitrogenadas (adenina, guanina e citosina), EM+ é a energia do
íon Li+ e (𝐸𝐵 + 𝐸𝑀+) é a energia do complexo.
Com a finalidade de analisar a estabilidade da ligação metal-ligante a afinidade de íons metálicos (AIM) foi calculada no mesmo nível de cálculo de acordo com a equação (Marino et al., 2000; Salehi et al., 2020; Saravanan et al., 2020)
[ el( ) el( ) el( ) ( vib( ) vib( )]
AIM = − E MB+ −E B −E M+ + E MB+ −E B (4)
Onde Eel (MB+) é a energia eletrônica do complexo, Eel (B) é a energia eletrônica da base e
Eel (M+) a energia eletrônica do íon metálico obtidas através do cálculo SCF.
As Evib (MB+ e B) contém correções de energia para o ponto zero, inclui as correções de energia e temperatura do ponto zero de 0 a 298 K, calculadas por análise termoquímica da frequência vibracional.
A figura 1 apresenta as estruturas com as numerações dos átomos das bases adenina, guanina e citosina.
Figura 1: Estruturas das bases nitrogenadas adenina (a), guanina(b) e citosina (c)
N N NH N NH2 7 9 3 1 N NH NH N NH2 O 7 9 2 3 1 (a) (b) (c) 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Primeiramente foi realizado a otimização com o funcional B3LYP com o conjunto de base 6-311++G(d,p) para adenina , guanina e citosina (figura 2) em solvente água, em seguida cálculos dos índices de Fukui foram realizados no mesmo nível, com a finalidade de obter os sítios nucleofílicos das bases para a coordenação com os íons Li+ (material suplementar). As frequências vibracionais foram determinadas para a identificação das estruturas de energia mínima, onde não apresentaram frequências negativas.
N NH NH2 O 3 9 1
Figura 2: Estruturas otimizadas das bases adenina (a), guanina (b) e citosina (c) (Å).
(a) (b) (c)
As geometrias das bases nitrogenadas adenina e citosina e seus respectivos complexos foram otimizadas e as frequências vibracionais foram determinadas para a identificação das estruturas de energia mínima. Os parâmetros geométricos experimentais para as bases adenina e guanina isoladas foram estudadas à temperatura ambiente por difração de Raios X. As distâncias N7-C5 (1,379 Å), C4-C5 (1,365 Å), C4-N9 (1,359 Å) e os ângulos C10-N7-C5 (104,2) e C8-N1-C2 (119,8) experimentais (Stewart e Jensen, 1964) encontram-se em boa concordância com os calculados neste trabalho. A estrutura cristalina da citosina foi determinada e refinada por análise de dados de difração tridimensional de Raios X (Barker e Marsh, 1964). As distâncias C2-N3 (1,36 Å), C5- C6 (1,342 Å), C6-N1 (1,357 Å) e os ângulos C2-N3-C4 (119,9 ) e C4-C5- C6 (117,3 ) obtidos através da difração de Raios X quando comparadas aos parâmetros calculados, observa-se uma boa concordância.
As figuras 2a, 2b e 2c e as tabelas 1, 2 e 3 apresentam as estruturas otimizadas e parâmetros geométricos para os complexos de adenina (A), guanina (G) e citosina (C) com o íon Li+ respectivamente. Em geral, a citosina tem menos posições de ligação disponíveis que a adenina e a guanina.
Figura 2 a: Estruturas otimizadas dos complexos Li+- adenina (Å).
figura 2b: estruturas otimizadas dos complexos li+- guanina (å).
Figura 2c: Estruturas otimizadas dos complexos Li+- citosina (Å).
Li+_N3_C Li+_O9_C Li+_N3_O9_C
Tabela 1: Parâmetros geométricos calculados para os complexos Li+ A. Distância de ligação (Å) Li+ N1 A Li+ N3 A Li+ N7 A N1-C8 1,353 1,351 1,348 N1-C2 1,349 1,334 1,339 C5-C4 1,396 1,395 1,397 C2-N3 1,327 1,339 1,333 Ângulo de ligação (°) N7-C10-N9 113,13 113,08 112,86 C2-N1-C8 118,95 119 119,16
Tabela 2: Parâmetros geométricos calculados para os complexos Li+G. Distância de ligação (Å) Li+ O2 G Li+ N7 G Li+ N7 O2 G O2-C6 1,241 1,228 1,24 C4-N7 1,385 1,386 1,381 C5-C4 1,398 1,392 1,387 C8-N1 1,377 1,376 1,383 Ângulo de ligação (°) N7-C10-N9 112,81 112,22 112,37 C6-N1-C8 125,63 126,01 124,71
Tabela 3: Parâmetros geométricos calculados para os complexos Li+C Distância de ligação (Å) Li+ C O9 Li+ C N3 Li+ C N3 O9 N3-C2 1,348 1,368 1,356 N1-C2 1,39 1,396 1,386 C4-C5 1,433 1,433 1,434 C2-O9 1,245 1,23 1,246 Ângulo de ligação (°) N3-C2-N1 118,51 117,45 118,58 C2-N1-C6 122,45 122,64 121,79
Comparando as distâncias das tabelas 1 e 2 para a ligação N7-Li+ no complexo com as bases adenina e guanina, observa-se que esta é menor para o complexo com a guanina. Esta diferença é devido a maior nucleofilicidade do átomo N7 da guanina quando comparada ao N7 da adenina resultando em uma interação mais forte do metal com a guanina (vide material suplementar), esta tendência também foi relatada em outros trabalhos (Russo et al., 2001a; Hashemianzadeh et al., 2008) Para complexos com Li+ as interações bidentadas com a base adenina não foram detectados nos cálculos utilizando solvente, diferentemente dos resultados obtidos em fase gás (Hashemianzadeh et al., 2008; Pakiari e Farrokhnia, 2014).
Comparando as tabelas 2 e 3, onde estão disposta a distância Li+-O para os complexos com a guanina e citosina, observa-se que está é menor do que a ligação Li+-N, devido ao fato do átomo de oxigênio apresentar uma eletronegatividade maior que o nitrogênio, esta diferença também foi observada no trabalho de (Del Bene, 1984).
Dados experimentais de Raios- X indicam que o átomo N3 é o sítio mais ativo entre os átomos de nitrogênio na citosina (Lippert, 2000). No complexo Li+_C_N3_O9 a estrutura onde o Li+ assume uma posição em ponte, interagindo com O9 e N3 para formar um anel de quatro membros, levando a uma diminuição da distância N1-C2 quando comparada com a citosina isolada.
A tabela 4 apresenta as energias relativas, interação e afinidade por íons metálicos calculados com o funcional B3LYP e o conjunto de base 6-311++(d,p) utilizando o método CPCM. A estabilidade relativa dos complexos LiB+ pode ser explicada levando em consideração os valores de afinidade de íons metálicos (AIM).
Tabela 4: Energias relativas, energias de interação e afinidade por íons metálicos dos complexos Li+Base Estrutura Erel (kcal/mol) Eint (kcal/mol) AIM (kcal/mol)
Li_A_N1 0,5 57,78 59,9 Li_A_N3 0 57,28 59,52 Li_A_N7 0,2 57,49 59,84 Li_G_O2 0 56,08 58,28 Li_G_N7 0,2 56,25 58,4 Li_G_N7_O2 0,7 56,79 61,31 Li_C_O9 0,0 55,35 57,60 Li_C_N3 1,0 56,42 57,57 Li_C_N3_O9 0,3 55,67 57,99
A análise da tabela 4 permite observar a diferença existente em considerar a base isolada. Enquanto o átomo N7 é o local de ligação com o metal preferível no ADN, na base isolada existe um conceito dividido para ligação do metal em N1 e N7. Este fato pode ser observado na tabela 4 quando comparamos as energias AIM da coordenação do Li+ com os átomos N1 e N7. Estudos recentes indicam a possibilidade de adenina N3 como um sítio de interação com um metalo-fármaco (Barry et al., 2005; Guddneppanavar et al., 2006).
A coordenação do metal no local N7 da guanina é, sem dúvida, o principal sítio de ligação do metal. Um dos fatores que favorece a ligação neste sítio, como por exemplo o não envolvimento no emparelhamento de bases. Os resultados da tabela 4 mostram que a afinidade (AIM) do complexo Li+_G_N7 é 1,44 kcal maior que a do complexo Li+_G_O2.
Analisando o complexo Li_G_N7_O2, observa-se que o ligante bidentado apresenta uma interação mais forte com o íon metálico levando a um complexo mais estável que o respectivo ligante monodentado, a literatura relata o modo bidentado como sendo o que apresenta a maior afinidade (Russo et al., 2001b).
Cálculos dos índices de Fukui para a base isolada de citosina, reportam que a ligação do íon Li+ aos átomos N3 ou O2 é favorecida, podendo também coordenar ao íon metálico simultaneamente através de N3 e O2, de modo bidentado. Analisando os valores de AIM para os complexos de citosina observa-se que os locais de ligação preferidos para o íon Li+ à citosina envolve ligação bidentada aos átomos de O9 e N3 do anel, esta tendência observada nos trabalhos de outros autores (Russo et al., 2001a; Yang e Rodgers, 2012; Yang et al., 2013).
A Tabela 5, apresenta a diferença de energia HOMO-LUMO (E) para as geometrias otimizadas dos complexos com o íon Li+. As energias dos orbitais de fronteira também se correlacionam com os valores de AIM. Quanto maior a diferença de energia entre o HOMO e o LUMO, maior é a estabilidade dos complexos de íons metálicos. Uma tendência observada neste
trabalho é o fato de que os complexos com maiores diferenças de energia HOMO-LUMO também possuem valores mais elevados de afinidade íon metal (AIM), esta tendência também foi observada em um estudo de complexos de Fe2+ e Co2+ com a base adenina (Parajuli, 2016).
Tabela 5: Energia do HOMO, LUMO e diferença de energia (E) dos complexos
Estrutura HOMO (eV) LUMO (eV) (eV)
Li+_A_N1 -6,66 -1,28 5,38 Li+_A_N3 -6,67 -1,35 5,32 Li+_A_N7 -6,65 -1,31 5,34 Li+_G_O2 -6,39 -1,19 5,20 Li+_G_N7 -6,36 -1,08 5,28 Li+_G_N7_O2 -6,45 -1,21 5,24 Li+_C_O9 -7,12 -1,52 5,60 Li+_C_N3 -7,07 -1,61 5,46 Li+_C_N3_O9 -7,21 -1,66 5,55 4 CONCLUSÕES
Neste trabalho foram analisadas as interações entre o íon Li+ e as bases de ADN adenina, guanina e citosina foram investigadas utilizando solvente e o método TFD com o funcional B3LYP aliado com o conjunto base 6-311++ G (d, p).
Apesar de alguns locais das bases isoladas, em especial na adenina exibirem maior afinidade com cátions metálicos, em uma dupla hélice de ADN nem todos eles estão disponíveis para interações, pois estão envolvidos na ligação H (local N1 da adenina). Nas bases guanina e citosina, os complexos bidentados apresentam maior afinidade com o íon lítio, e envolve os átomos de N e O. A tendência de variação da AIM em várias posições, no caso de qualquer complexo de íons-adenina metálicos em solução é N1 > N7 > N3. Deve ressaltar que a posição N1 na dupla hélice de ADN encontra-se protonada. Na guanina, a ordem da estabilidade é influenciada pela coordenação bidentada com o íon Li+, sendo está N7_O2 > N7 > O2., devido à fatores entrópicos. Para o complexo com a citosina novamente temos a influência da coordenação bidentada sendo a ordem de estabilidade N3-O9>O9>N3.
A influência do solvente água na a estabilidade relativa de vários complexos foi examinada pelo modelo PCM. Verificou-se que a introdução do solvente água apresenta significante perturbação na estabilidade relativa dos complexos.
AGRADECIMENTOS
Ao Laboratório Multiusuário de Química Computacional (LMQC-UFF) e a FAPERJ.
REFERÊNCIAS
AUFFINGER, P.; WESTHOF, E. Water and ion binding around RNA and DNA (C,G) oligomers. Journal of Molecular Biology, v. 300, n. 5, p. 1113-1131, 2000.
BARKER, D. L.; MARSH, R. E. The crystal structure of cytosine. Acta Cryst., v. 17, p. 1581-1587, 1964.
BARONE, V.; COSSI, M. Quantum Calculation of Molecular Energies and Energy Gradients in Solution by a Conductor Solvent Model. The Journal of Physical Chemistry A, v. 102, n. 11, p. 1995-2001, 1998.
BARRY, C. G.; DAY, C. S.; BIERBACH, U. Duplex-Promoted Platination of Adenine-N3 in the Minor Groove of DNA: Challenging a Longstanding Bioinorganic Paradigm. Journal of the American Chemical Society, v. 127, n. 4, p. 1160-1169, 2005.
BECKE, A. D. Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic behavior. Physical Review A, v. 38, n. 6, p. 3098-3100, 1988.
BURDA, J. V.; ŠEBESTA, F. Metal Interactions with Nucleobases, Base Pairs, and Oligomer Sequences; Computational Approach. In: LESZCZYNSKI, J. (Ed.). Handbook of Computational Chemistry. Dordrecht: Springer Netherlands, 2016. p.1-48.
CERDA, B. A.; WESDEMIOTIS, C. Li+, Na+, and K+ Binding to the DNA and RNA Nucleobases. Bond Energies and Attachment Sites from the Dissociation of Metal Ion-Bound Heterodimers. Journal of the American Chemical Society, v. 118, n. 47, p. 11884-11892, 1996.
COSTA, L. M. D.; PAES, L. W. C.; CARNEIRO, J. W. D. M. Ab Initio, DFT and semi-empirical studies on interactions of phosphoryl, carbonyl, imino and thiocarbonyl ligands with the li+ cation:
affinity and associated parameters. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 23, p. 648-655, 2012.
CURTIS, E. A.; BARTEL, D. P. The hammerhead cleavage reaction in monovalent cations. RNA (New York, N.Y.), v. 7, n. 4, p. 546-552, 2001.
DEAN, K. M.; QIN, Y.; PALMER, A. E. Visualizing metal ions in cells: an overview of analytical techniques, approaches, and probes. Biochimica et biophysica acta, v. 1823, n. 9, p. 1406-1415, 2012.
DEL BENE, J. E. Molecular orbital study of the lithium(1+) complexes of the DNA bases. The Journal of Physical Chemistry, v. 88, n. 24, p. 5927-5931, 1984.
FRISCH, M. J. et al. Gaussian 09, Revision B.01. Wallingford CT 2009.
GOH, G. B.; KNIGHT, J. L.; BROOKS, C. L. Constant pH Molecular Dynamics Simulations of Nucleic Acids in Explicit Solvent. Journal of Chemical Theory and Computation, v. 8, n. 1, p. 36-46, 2012.
GUDDNEPPANAVAR, R. et al. Synthesis, Biological Activity, and DNA-Damage Profile of Platinum-Threading Intercalator Conjugates Designed To Target Adenine. Journal of Medicinal Chemistry, v. 49, n. 11, p. 3204-3214, 2006.
HASHEMIANZADEH, S. M. et al. Theoretical Study of the Interactions between Isolated DNA Bases and Various Groups IA and IIA Metal Ions by Ab Initio Calculations. Monatshefte für Chemie - Chemical Monthly, v. 139, p. 89-100, 2008.
HIRSHFELD, F. L. Bonded-atom fragments for describing molecular charge densities. Theoretica chimica acta, v. 44, n. 2, p. 129-138, 1977.
LEE, C.; YANG, W.; PARR, R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density. Physical Review B, v. 37, n. 2, p. 785-789, 01/15/ 1988.
LEONARDO ANDRES ESPINOSA, L.; OLGA, L.-A. On the interaction between gold and silver metal atoms and DNA/RNA nucleobases – a comprehensive computational study of ground state properties. Nanotechnology Reviews, Berlin, Boston, v. 4, n. 2, p. 173-191, 2015.
LIPPERT, B. Multiplicity of metal ion binding patterns to nucleobases. Coordination Chemistry Reviews, v. 200-202, p. 487-516, 2000.
MARINO, T.; RUSSO, N.; TOSCANO, M. Gas-phase metal ion (Li+, Na+, Cu+) affinities of glycine and alanine. Journal of inorganic biochemistry, v. 79, n. 1-4, p. 179-185, 2000.
MEYER, M.; SÜHNEL, J. Interaction of Cyclic Cytosine-, Guanine-, Thymine-, Uracil- and Mixed Guanine-Cytosine Base Tetrads with K+, Na+ and Li+ Ions—A Density Functional Study. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, v. 20, n. 4, p. 507-517, 2003.
MINCHIN, S.; LODGE, J. Understanding biochemistry: structure and function of nucleic acids. Essays in biochemistry, v. 63, n. 4, p. 433-456, 2019.
MORRIS, D. L. DNA-bound metal ions: recent developments. v. 5, n. 5, p. 397, 2014.
MOUSSATOVA, A. et al. Theoretical Study of the Structure and Bonding of a Metal−DNA Base Complex: Al−Guanine. The Journal of Physical Chemistry A, v. 107, n. 44, p. 9415-9421, 2003.
MURRAY, J. B. et al. The hammerhead, hairpin and VS ribozymes are catalytically proficient in monovalent cations alone. Chemistry & biology, v. 5, n. 10, p. 587-595, 1998.
OLIVA, R.; CAVALLO, L. Frequency and Effect of the Binding of Mg2+, Mn2+, and Co2+ Ions on the Guanine Base in Watson−Crick and Reverse Watson−Crick Base Pairs. The Journal of Physical Chemistry B, v. 113, n. 47, p. 15670-15678, 2009.
OWCZARZY, R. et al. Predicting Stability of DNA Duplexes in Solutions Containing Magnesium and Monovalent Cations. Biochemistry, v. 47, n. 19, p. 5336-5353, 2008.
PAKIARI, A. H.; FARROKHNIA, M. Nature of Lithium Interactions with DNA Nucleobases: Theoretical Study. Physical Chemistry Research, v. 2, n. 2, p. 229-243, 2014.
PARAJULI, R. DFT Study of Fe2+ and Co2+ - Adenine Complexes in the Gas Phase Int. J. Chem. Sci., v. 14, p. 803-814, 2016.
POLYANICHKO, A. M. et al. The effect of manganese(II) on DNA structure: electronic and vibrational circular dichroism studies. Nucleic acids research, v. 32, n. 3, p. 989-996, 2004.
REYNISSON, J.; STEENKEN, S. The complexation energy of the one-electron oxidized guanine– cytosine base pair and its parent system with small cations. A DFT-study. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, v. 635, n. 1, p. 133-139, 2003.
RODGERS, M. T.; ARMENTROUT, P. B. Noncovalent Interactions of Nucleic Acid Bases (Uracil, Thymine, and Adenine) with Alkali Metal Ions. Threshold Collision-Induced Dissociation and Theoretical Studies. Journal of the American Chemical Society, v. 122, n. 35, p. 8548-8558, 2000.
RUSSO, N.; TOSCANO, M.; GRAND, A. Bond Energies and Attachments Sites of Sodium and Potassium Cations to DNA and RNA Nucleic Acid Bases in the Gas Phase. Journal of the American Chemical Society, v. 123, n. 42, p. 10272-10279, 2001a.
______. Lithium Affinity for DNA and RNA Nucleobases. The Role of Theoretical Information in the Elucidation of the Mass Spectrometry Data. The Journal of Physical Chemistry B, v. 105, n. 20, p. 4735-4741, 2001b.
SALEHI, S. et al. Pharmaceutical Nickel(II) Chelation Properties of 3-Hydroxyflaven, Deferiprone and Maltol Metal Chelators: A Density Functional Study. Physical Chemistry Research, v. 8, n. 1, p. 91-110, 2020.
SARAVANAN, V. et al. Interaction of (G4)2 and (X4)2 DNA quadruplexes with Cu+, Ag+ and Au+ metal cations: a quantum chemical calculation on structural, energetic and electronic properties. Structural Chemistry, v. 31, n. 1, p. 465-484, 2020.
SARVAN, S. et al. Functional insights into the interplay between DNA interaction and metal coordination in ferric uptake regulators. Scientific Reports, v. 8, n. 1, p. 7140, 2018.
SHAMSI, M. H.; KRAATZ, H.-B. Interactions of Metal Ions with DNA and Some Applications. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, v. 23, n. 1, p. 4-23, 2013.
STEWART, R. F.; JENSEN, L. H. Crystal Structure of 9‐Methyladenine. The Journal of Chemical Physics, v. 40, n. 8, p. 2071-2075, 1964.
SUN, A. et al. Lithium suppresses cell proliferation by interrupting E2F–DNA interaction and subsequently reducing S–phase gene expression in prostate cancer. The Prostate, v. 67, n. 9, p. 976-988, 2007.
SUN, L.; BU, Y. Marked Variations of Dissociation Energy and H-Bond Character of the Guanine-Cytosine Base Pair Induced by One-Electron Oxidation and Li+ Cation Coupling. The Journal of Physical Chemistry B, v. 109, n. 1, p. 593-600, 2005.
TOMASI, J.; PERSICO, M. Molecular Interactions in Solution: An Overview of Methods Based on Continuous Distributions of the Solvent. Chemical Reviews, v. 94, n. 7, p. 2027-2094, 1994.
TORABI, S.-F. et al. In vitro selection of a sodium-specific DNAzyme and its application in intracellular sensing. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 112, n. 19, p. 5903-5908, 2015.
YANG, B. et al. IRMPD Action Spectroscopy of Alkali Metal Cation–Cytosine Complexes: Effects of Alkali Metal Cation Size on Gas Phase Conformation. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, v. 24, n. 10, p. 1523-1533, 2013/10/01 2013.
YANG, Z.; RODGERS, M. T. Tautomerization in the formation and collision-induced dissociation of alkali metal cation-cytosine complexes. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 14, n. 13, p. 4517-4526, 2012.
ZHU, W. et al. The Multiplicity, Strength, and Nature of the Interaction of Nucleobases with Alkaline and Alkaline Earth Metal Cations: A Density Functional Theory Investigation. The Journal of Physical Chemistry A, v. 108, n. 18, p. 4008-4018, 2004.
