Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции

Методами поляризованной флюоресценции и абсорбционной спектроскопии изучено взаимодействие с ДНК шести производных феназина, относящихся к гликозидам и четвертичным солям. Исследованы спектрально-флюоресцентные свойства свободных красителей и их комплексов с ДНК. Показано, что основным типом связыв...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Биополимеры и клетка
Datum:	1997
Hauptverfasser:	Благой, Ю.П., Зозуля, В.Н., Волошин, И.М., Макитрук, В.Л., Шаламай, А.С., Щербакова, А.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1997
Schlagworte:	Структура и функции биополимеров
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154652
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции / Ю.П. Благой, В.Н. Зозуля, И.М. Волошин, В.Л. Макитрук, А.С. Шаламай, А.С. Щербакова // Биополимеры и клетка. — 1997. — Т. 13, № 1. — С. 22-29. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860240626348457984
author	Благой, Ю.П. Зозуля, В.Н. Волошин, И.М. Макитрук, В.Л. Шаламай, А.С. Щербакова, А.С.
author_facet	Благой, Ю.П. Зозуля, В.Н. Волошин, И.М. Макитрук, В.Л. Шаламай, А.С. Щербакова, А.С.
citation_txt	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции / Ю.П. Благой, В.Н. Зозуля, И.М. Волошин, В.Л. Макитрук, А.С. Шаламай, А.С. Щербакова // Биополимеры и клетка. — 1997. — Т. 13, № 1. — С. 22-29. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Биополимеры и клетка
description	Методами поляризованной флюоресценции и абсорбционной спектроскопии изучено взаимодействие с ДНК шести производных феназина, относящихся к гликозидам и четвертичным солям. Исследованы спектрально-флюоресцентные свойства свободных красителей и их комплексов с ДНК. Показано, что основным типом связывания феназинов с нейтральной формой хромофора является интеркаляция молекул красителя между плоскостями оснований двойной спирали ДНК. Для катионных красителей помимо интеркаляционного механизма существенный вклад в комплексообразование вносит кооперативное электростатическое взаимодействие с фосфатными группами, проявляющееся за счет сильных гидрофобных эффектов как при низкой (μ – 0,002), так и умеренной (μ – 0,1) ионных силах. При анализе процесса связывания использовали уравнения МакГи и ван Хиппела, модифицированные для учета энергии кулоновского отталкивания между адсорбированными молекулами красителя. Подобная модификация позволяет с хорошей точностью описать экспериментальные изотермы связывания. Вивчено взаємодію з ДНК шістьох похідних феназину, які належать до глікозидів та четвертинних солей, методами поляризованої флюоресценції та абсорбційної спектроскопії Досліджено спектрально-флюоресцентні властивості вільних барвників та їх комплексів з ДНК. Показано, шр основним типом зв'язування феназинів з нейтральною формою хромофора є інтеркаляція молекул барвника між площинами основ подвійної спіралі ДНК. Для катіонних барвників, крім інтеркаляційного механізму, істотний внесок у комплексоутворення робить кооперативна електростатична взаємодія з фосфатними групами, яка через сильні гідрофобні ефекти виявляється як за низької (μ – 0,002), так і за помірної (μ –0,1) іонної сили. При аналізі процесу зв'язування використані рівняння МакГі та ван Хіппела, модифіковані з метою врахування енергії кулонівського відштовхування між адсорбованими молекулами барвника. Подібна модифікація дозволяє з хорошою точністю описати експериментальні ізотерми зв'язування. The interaction of six phenazine derivatives belonging to glycosides and quaternary salts with DNA was studied by fluorescence polarized and absorption methods. Fluorescence properties of free dyes and their complexes with DNA were investigated. It was shown that the main type of binding of phenazines with a neutral chromophore is the dye intercalation between base pairs of the DNA double helix. For cationic dyes besides the intercalation the cooperative electrostatic interaction with phosphate groups makes the essential contribution to the complex formation. This interaction is manifested at both tow (μ – 0.002) and at moderate (μ – 0.1) ionic strengths because of high hydrophobic effects. The equations of McGhee and van Hippel which were modified to take into account coulombic repultion between charged molecules binded to DNA and were used for the binding process analysis. Such modification makes it possible to describe experimental binding isotherms.
first_indexed	2025-12-07T18:29:44Z
format	Article
fulltext	I S S N 0233-7657. Биополимеры и клетка. 1997. Т. 13. № 1 Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции Ю. П. Благой, В. Н. Зозуля, И. М. Волошин, В. Л- Макитрук 1, А. С. Шаламай 1 , А. С. Щербакова Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины, 310164, Харьков, ул. Академика Проскуры, 19 * Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины, 252143, Киев, ул. Академика Заболотного, 150 Методами поляризованной флюоресценции и абсорбционной спектроскопии изучено взаимодейст вие с ДНК шести производных феназина, относящихся к гликозидам и четвертичным солям. Исследованы спектрально-флюоресцентные свойства свободных красителей и их комплексов с ДНК. Показано, что основным типом связывания феназинов с нейтральной формой хромофора является интеркаляция молекул красителя между плоскостями оснований двойной спирали ДНК. Для катионных красителей помимо интеркаляционного механизма существенный вклад в комп- лексообразование вносит кооперативное электростатическое взаимодействие с фосфатными группами, проявляющееся за счет сильных гидрофобных эффектов как при низкой (ju - 0,002), так и умеренной (ц - 0,1) ионных силах. При анализе процесса связывания использовали уравнения МакГи и ван Хиппела, модифицированные для учета энергии кулоновского отталкивания между адсорбированными молекулами красителя. Подобная модификация позволяет с хорошей точно стью описать экспериментальные изотермы связывания. Введение. Феназиновые производные относятся к классу соединений, взаимодействующих с нуклеи новыми кислотами путем интеркаляции. Было по казано [1—5], что интеркалирующие полицикли ческие гетероциклы, будучи ковалентно присоеди ненными к антисмысловым олигонуклеотидам, су щественно увеличивают эффективность компле ментарно адресованной гибридизации. Особенно стью феназиновых производных является относи тельная простота химии их присоединения к нук- леотидным последовательностям, что обусловлива ет перспективность их использования для модифи кации антисмысловых олигонуклеотидов. Для вы яснения влияния молекулы присоединенного гете- роцикла на формирование дуплекса необходимо располагать данными об особенностях и силах вза имодействия данного лиганда с нуклеиновыми кис лотами. В настоящей работе мы провели исследова- © Ю П ВЛАГОЙ, В. Н. З О З У Л Я , И. М. В О Л О Ш И Н , В. Л М А К И Т Р У К , А. С:. Ш А Л А М А Й . А. С. Щ Е Р Б А К О В А , I ние связывания с ДНК шести производных фенази на (рис 1), относящихся к двум классам соедине ний: гликозидам и четвертичным солям. Способ встраивания этих соединений в олигонуклеотидную последовательность различен: первые встраивают ся, замещая какое-либо основание, а вторые кова лентно присоединяются к фосфатной группе через полиметиленовую цепь [2]. Целью работы явля лось изучение влияния эффектов гидрофобных за местителей и заряда хромофора на механизм свя зывания феназинов с ДНК. Исследования проведе ны с использованием методов поляризованной флюоресценции и абсорбционной спектроскопии. Материалы и методы. Шесть производных фе назина: Nl-^-D-рибофуранозид имидазо(4, 5-d)- феназина (F1), Ы1-/?-0-рибофуранозид 2-метили- мидазо(4, 5-d)-феназина (F2), Ы5-этил-/2-пироли- доно(4, 5-(1)-феназиния перхлорат (F3), 3-(1-про- 22 И С С Л Е Д О В А Н И Е В З А И М О Д Е Й С Т В И Я П Р О И З В О Д Н Ы Х Ф Е Н А З И Н А С Д Н К лил)-Ы5-этил-феназиния перхлорат (F4), 3-(1-ала- нил)-Ш-этил-феназиния гидросульфат (F5), 3-(4- окси-л-бутиламино) -К5-этил-феназиния эти- лсульфат (F6) (рис. 1) синтезированы в Институте молекулярной биологии и генетики НАН Украины. Гликозидные феназины получены конденсацией силилированного гетероцикла с перацилрибофура- нозой в присутствии соответствующих катализато ров, а четвертичные соли феназинов синтезирова ны методом окислительного аминирования [6 ]. Использовали натриевую соль высокополимер ной ДНК из эритроцитов цыплят фирмы «Reanal» (Венгрия). Растворителем служил 1 мМ Na-како- дилатный буфер, рН 7, содержащий 0,5 мМ Na 2 EDTA в деионизованной дистиллированной воде. Исследования проводили в растворах при низкой и умеренной ионных силах, а именно: /и = 0,002 (буфер) и /и =0 ,1 (буфер с добавлением NaCl). Спектры поглощения регистрировали на спект рофотометре SPECORD UV VIS (Jena, ФРГ). Ин тенсивность и поляризацию флюоресценции изме ряли на лабораторном спектрофлюориметре с реги страцией по методу счета фотонов. Установка и методика измерений описаны ранее [7 ]. Все измерения проводили в кварцевых кюветах при температуре 24±2 °С. Раствор красителя тит ровали ДНК, поддерживая постоянной концентра цию феназина С = 20 мкМ. Результаты и обсуждение. Спектры поглоще ния и флюоресценции свободных феназинов в вод ных растворах показаны на рис. 2. Производные СН2ОН Р и с 1. Молекулярная структура производных феназина Таблица 1 Оптические свойства производных феназина и их комплексов с ДНК Параметры длинноволновых полос поглощения. 23 БЛАГОЙ К) П. И Д Р . СН 1 1 = 1 1 300 400 500 600 700 Л, нм Рис. 2. Спектры поглощения и флюоресценции свободных (У, 2) и связанных с Д Н К (У, 2') производных феназина с нейтраль ной (F l , F2) и катионной (F3, F4, F5, F6) формами хромофора в 1 мМ Na-какодилатном буфере, рН 7, 0 ,5 мМ EDTA феназина с нейтральной формой хромофора имеют одну интенсивную полосу поглощения в видимой области спектра и широкое длинноволновое плечо, а, катионные феназины — две интенсивные полосы поглощения в видимой области спектра. Спектры флюоресценции свободных феназинов неструкту рированы. Нейтральные производные феназинов в водных растворах подвержены сильной димеризации. Это следует из гипохромизма их спектров поглощения и появления новой коротковолновой полосы с мак симумом при 370 нм, которая принадлежит диме- рам красителя (рис. 3). Используя концентрацион ные зависимости коэффициентов экстинкции, по методике Шварца и др. [8], были определены константы димеризации, составляющие 5000± ±1000 М 1 для F1 и 9000±1000 М 1 для F2. Диме- 300 350 400 450 Я. нм Рис. 3. Гипохромизм спектров поглощения нейтрального произ водного феназина F1 , вызванный димеризацией молекул краси теля в растворе: 1 — концентрация красителя 3 мкМ; 2 — 570 мкМ; Na-какодилатный буфер, JU = 0 ,002 ризация катионных красителей осуществляется в значительно меньшей степени. Их коэффициенты экстинкции практически не меняются до концент раций «40 мкМ. Увеличение ионной силы раствора от /и = 0,002 до /и =0 ,1 также не вызывает существенных изме нений коэффициентов экстинкции для всех изу ченных производных феназина и констант димери зации для F1 и F2. Оптические свойства свободных феназинов приведены в табл. 1. Существенное различие сте пени поляризации флюоресценции наблюдается для нейтральных и катионных производных фена зина. Малая степень поляризации для нейтральных феназинов объясняется существенно большей про должительностью времени жизни возбужденного состояния, чем для катионных форм [9 ]. Кривые флюоресцентного титрования произ водных феназина ДНК в виде зависимостей отно сительной интесивности 1/10 (/0 — интенсивность свечения красителя без ДНК) и поляризации флю оресценции (р) от соотношения молярных концен траций ДНК/краситель (P/D) представлены на рис 4, а и б, для растворов с низкой и умеренной ионными силами соответственно. С увеличением P/D флюоресценция тушится, а степень поляриза ции увеличивается, что свидетельствует об увели чении доли связанного красителя. При P/D -> оо интенсивность и степень поляризации флюоресцен ции каждой исследованной системы стремятся к своим предельным значениям, характеризующим свечение красителей в комплексах с ДНК. Пара- 24 И С С Л Е Д О В А Н И Е В З А И М О Д Е Й С Т В И Я П Р О И З В О Д Н Ы Х Ф Е Н А З И Н А С Д Н К О 5 10 15 20 P/D 50 100 150 P/D Рис. 4. Изменение интенсивности 7 / / 0 и степени поляризации флюоресценции р производных феназина при титровании Д Н К (длина волны возбуждающего излучения для нейтральных феназинов равна 450, для катионных — 5 3 0 нм; / 0 — интенсивность флюоресценции свободного красителя): 1 — F1; 2 — F2; 3 — F3; 4 — F4; 5 — F5; 6 — F6; ц - 0 ,002 (а) и 0,1 (б); С - 20 мкМ метры этого свечения для всех комплексов были определены графической экстраполяцией зависи мости I/IQ И р ОТ D/P к D/P « 0 (не показано). Эти данные приведены в табл. 1, из которой видно, что различие в электронной структуре нейтральных и катионных форм хромофоров не сопровождается существенным отличием степени тушения флюо ресценции. При связывании феназинов с ДНК их спектры поглощения проявляют гипохромизм и сдвигаются в длинноволновую сторону, а спектры флюоресцен ции — в коротковолновую (см. рис. 2, табл. 1), что типично для интеркаляции красителей. Используя данные флюоресцентного титрова ния и параметры флюоресценции комплексов (см. табл. 1), были рассчитаны доли свободного и свя занного красителя по формулам, приведенным в работе [10]. Данные о связывании представлены на рис 5 в координатах Скэтчарда для всех исследо ванных систем при двух значениях /л. Нейтральные феназины F1 и F2 слабо связываются с ДНК, вследствие чего получены лишь малые значения степени заполнения мест связывания, г (числа молекул связанного красителя, приходящихся на одну пару оснований ДНК). Прямолинейность изо терм связывания свидетельствует об одном типе взаимодействия, в данном случае — интеркаляции (рис 5, а и в). Значения кажущихся констант связывания нейтральных феназинов были опреде лены по точкам пересечения экспериментальных кривых Скэтчарда с осью г/С0 и приведены в табл. 2. Для F1 наблюдается более эффективное связы вание, чем для F2. Это объясняется тем, что димеризация F2, обусловленная наличием гидро фобной метильной группы, сильнее и в связи с этим эффективнее конкурирует с процессом связы вания. Форма кривых Скэтчарда для катионных про изводных F3 — F6 при низкой ионной силе (рис 5, б), несомненно, свидетельствует о наличии двух типов связывания: интеркаляции и внешнего элек тростатического взаимодействия. Последнее имеет кооперативный характер (выпуклость изотерм) в результате стэкинга хромофоров адсорбированного красителя. При анализе данных о комплексообразовании удобно воспользоваться существующими модельны ми уравнениями связывания, учитывающими внут реннее и внешнее присоединение молекул красите ля к ДНК, например, широко распространенными уравнениями МакГи и ван Хиппела [11 ]. К сожа лению, в этих уравнениях не учитывается куло- новское отталкивание между заряженными присое диненными молекулами, которое может привести к добавочному эффекту антикооперативности связы вания. В связи с этим уравнения дают искаженную форму изотермы, особенно в части внешнего при соединения. Простым и точным может быть учет энергии кулоновского отталкивания катионов в этом случае в рамках модели «двух состояний» — связанных и свободных ионов. Применение такой модели дает удовлетворительное описание влияния ионов металлов на физико-химические свойства нуклеиновых кислот в растворе [12, 13]. По-види мому, нет ограничений для использования этой модели в случае органических катионов. В простей- 25 БЛАГОЙ Ю. П И Д Р . г/С г/Со. 1°3 шем приближении данной модели можно предполо жить, что энергия отталкивания связанных с ДНК катионов пропорциональна степени заполнения мест связывания на полимере, г = v/7V, где v — число связанных ионов; N — число мест связыва ния. Такая зависимость получается, в частности, при прямом расчете кулоновской энергии ионов, равномерно расположенных вдоль цепи полимера. Это дает дополнительный вклад в величину свобод ной энергии системы, определяемый формулой AG/RT = ar, (1) где а — эмпирический коэффициент, близкий к 6 для одновалентных ионов металлов и к 12 для двухвалентных ионов металлов [12 ]. Следует заме тить при этом, что характер кулоновского отталки вания принципиально отличается своим дальнодей ствием от гидрофобного стопочного (стэкинг) взаи модействия, и поэтому энергия отталкивания не может быть учтена параметром кооперативности (и>), зависящим от свободной энергии связывания ближайших соседей в стопке. С учетом этого мож но модифицировать уравнения МакГи и ван Хип- пела при наличии двух типов связывания введени ем дополнительных множителей типа ехр{-а(г, + + г2)} для констант связывания Кї (интеркаляция) 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 г Рис. 5. Изотермы связывания производных феназина с Д Н К при (л - 0 ,002 (а, 6) и /и - 0,1 (в), рН 7. Обозначения кривых, как на рис. 4 (теоретическая кривая Скэтчарда — сплошная линия, вклад внешнего кооперативного связывания в кривую Скэтчар да — пунктирная линия) и К2 (внешнее связывание). Модифицированные таким образом уравнения имеют вид: г,/С 0 = К{ • ехр{-а, (г, +г2)}х x ( b n 1 r 1 ) / l l - ( l - n 1 r I + r 1 ) ( , - , , , ) ; г 2 /С 0 = /: 2-ехр{~а 2(г 1+г 2)} • (1-я 2г 2)х (2н>-1)(1-п 2 г 2 ) + r2-R 2 ( w - l ) ( l - n 2 r 2 ) 1 - (п2 + 1)г2 + R ( я 2 - 1) 2(1 - п2г2) (Awr2-(\-n2r2) + (1-(ai 2 (2) + l ) r 2 ) V / 2 ; w • где R параметр кооперативности; С 0 — концентрация свободного красителя. К] и К2 — кажущиеся кон станты связывания; а , и а2 — эмпирические коэф фициенты, учитывающие кулоновское отталкива ние хромофоров; /г, и п2 — размеры мест связыва ния для процессов интеркаляции и кооперативного связывания соответственно. Эта система нелинейных уравнений с двумя неизвестными г, и г2 решалась методом Ньютона с линейной экстраполяцией начальных значений ко рней по двум предыдущим. При этом концентра цию свободных молекул С 0 варьировали в пределах от 10"9 до 10~4 М, а значения параметров AT,, К2, а , , л,, п2 и w выбирали, исходя из литературных данных об этих величинах для подобных молекул и соответствия результатов расчета эксперимен тальным изотермам. 26 И С С Л Е Д О В А Н И Е В З А И М О Д Е Й С Т В И Я П Р О И З В О Д Н Ы Х Ф Е Н А З И Н А С ДНК Таблица 2 Количественные характеристики связывания производных феназина с ДНК На рис. 5 результаты расчетов (сплошные ли нии) сравниваются с экспериментальными данны ми. Как видно, имеется хорошее согласие между теоретически рассчитанными и измеренными изо термами связывания. Возникает, однако, вопрос — не является ли это согласие результатом искусст венной подгонки с применением большого числа произвольных параметров в системе уравнений (2). В связи с этим заметим, что все использованные параметры имеют ясный физический смысл и их величина может быть интерпретирована с точки зрения межмолекулярных взаимодействий и сопо ставлена со значениями для других молекул-интер- каляторов, например, акридиновых красителей или антрациклинов. В табл. 2 представлены использо ванные при расчетах значения параметров, кото рые дают максимально хорошее согласие с экспери ментом. Видно, что наилучшее согласие расчетных зна чений с данными для всех феназинов наблюдается при а] - а2 = 5, т. е. величинах, близких к полученным для ионов одновалентных металлов. Значения К{ по порядку величин соответствуют результатам для других молекул-интеркаляторов, а константы К2, зависящие от энергии электростати ческого притяжения катионов к фосфатным груп пам при внешнем связывании молекул, близки к значениям констант для одновалентных ионов ме таллов при их взаимодействии с ДНК. Такая же аналогия с ионами металлов, как указывалось, имеется для параметров а , и а 2 . Особенно существен для расчетов выбор параметра а 2 . При меньшей величине этого параметра расчет дает искаженную форму изотерм. Число мест свя зывания (внутреннего и внешнего) обычно для молекул такого типа. Большое значение для расче тов имеет также выбор параметра кооперативности н>, обусловленного гидрофобным взаимодействием между молекулами красителя. По порядку величи ны этот параметр совпадает со значениями, пол ученными для антрациклинов при их сорбции на полифосфате [14], и сопоставим с константами димеризации нейтральных феназинов. Возрастание величины w в ряду феназинов F3, F4, F5, F6, вероятно, связано с увеличением их гидрофобности за счет углеводородных заместителей — полимети- леновых цепочек. Эффективное взаимодействие демонстрируют катионные производные F4 и F6. Их связывание осуществляется как за счет интеркаляции, так и внешнего кооперативного связывания, обусловлен ного сильным гидрофобным взаимодействием, не зависящим от ионной силы. Именно поэтому изо термы связывания этих производных при /и = 0 , 1 имеют участки (рис. 5, в), характерные для коопе ративного внешнего присоединения к фосфатным группам ДНК. Но при такой ионной силе кажуща яся константа связывания для F4 существенно меньше, чем для F6. Это, видимо, обусловлено жесткостью структуры молекулы ДНК при данной ионной силе, мешающей менее лабильной структу ре заместителя F4 интеркалировать в двойную спираль. Существуют два типа связывания катионного производного F3 при низкой ионной силе, но вклад внешнего кооперативного взаимодействия в изотер- 27 БЛАГОЙ Ю П. И Д Р му связывания F3 меньше, чем у других катионных производных феназина (рис. 5, а). При умеренной ионной силе наблюдается сильный интеркаляцион- ный механизм связывания F3 с ДНК, а вклада второго типа в области достигнутых значений г выявить не удалось. Кажущаяся константа связы вания сравнима с таковыми для других катионных производных при /и - 0,002, а при /и = 0 , 1 имеет даже более высокое значение. Среди катионных производных особое место занимает F5. Его связыание характеризуется очень низкими по сравнению с другими катионными производными кажущимися константами связыва ния. Последние как в случае низких, так и умерен ных ионных сил имеют значения, сравнимые по порядку с таковыми для нейтральных феназинов. Очевидно, это обусловлено тем, что отрицательно заряженная в водном растворе карбоксильная груп па полиметиленовой цепи способна подходить до статочно близко к хромофору и частично нейтрали зовать его заряд. При этом молекула в целом нейтральна, а структура заместителя становится жестче, что ме шает молекуле красителя интеркалировать. Этим объясняется тот факт, что кажущаяся константа связывания F5 имеет даже меньшее значение, чем у нейтрального феназина F1. Изотермы связывания для F5 (см. рис. 5, а и б) показывают, что взаимодействие данного красителя с ДНК осущест вляется как по типу интеркаляции, так и за счет внешнего кооперативного присоединения вследст вие действия гидрофобных сил. В результате анализа полученных данных мо жно сделать следующие выводы: 1. При взаимодействии производных феназина с ДНК проявляется как внутреннее интеркаляци- онное связывание, так и внешнее кооперативное присоединение этих красителей к фосфатным груп пам ДНК. 2. Стабильность комплексов зависит от куло- новского и гидрофобного взаимодействий, соотно шение между которыми определяет вид изотерм связывания. 3. Уравнения МакГи и ван Хиппела, модифи цированные для учета влияния кулоновского взаи модействия между зарядами на хромофорах присо единенных феназинов, удовлетворительно описы вают экспериментальные данные. Авторы выражают благодарность С. А. Егупову за помощь в математической обработке результа тов. Данная работа была частично поддержана Международной Соросовской Программой поддер жки образования в области точных наук (ISSEP), грант № 064007. Ю. П. Благой, В. М. Зозуля, 1. М. Волошин, В. Л. Макітрук, А. С. Шаламай, А. С. Щербакова Дослідження взаємодії похідних феназину з Д Н К методом поляризованої флюоресценції Резюме Вивчено взаємодію з ДНК шістьох похідних феназину, які належать до глікозидів та четвертинних солей, методами поляризованої флюоресценції та абсорбційної спектроскопії Досліджено спектрально-флюоресцентні властивості вільних барвників та їх комплексів з ДНК. Показано, шр основним типом зв'язування феназинів з нейтральною формою хромо фора є інтеркаляція молекул барвника між площинами основ подвійної спіралі ДНК. Для катіонних барвників, крім ін- теркаляційного механізму, істотний внесок у комплексоутво рення робить кооперативна електростатична взаємодія з фосфатними групами, яка через сильні гідрофобні ефекти виявляється як за низької (ц - 0,002), так і за помірної (/и - "0,1) іонної сили. При аналізі процесу зв'язування використані рівняння МакГі та ван Хіппела, модифіковані з метою враху вання енергії кулонівського відштовхування між адсорбова ними молекулами барвника. Подібна модифікація дозволяє з хорошою точністю описати експериментальні ізотерми зв'я зування. Yu. P. Blagoi, V. N. Zozulya, 1. M. Voloshin, V. L. Makitruk, A. S. Shalamay, A. S. Shcherbakova Investigation of phenazine derivatives interaction with DNA by polarized fluorescence method Summary The interaction of six phenazine derivatives belonging to glycosides and Quaternary salts with DNA was studied by fluorescence polarized and absorption methods. Fluorescence properties of free dyes and their complexes with DNA were investigated. It was shown that the main type of binding of phenazines with a neutral chromophore is the dye intercalation between base pairs of the DNA double helix. For cationic dyes besides the intercalation the co operative electrostatic interaction with phosphate groups makes the essential contribution to the complex formation. This interaction is manifested at both low (/л - 0.002) and at moderate (ju = 0.1) ionic strengths because of high hydrophobic effects. The equations of McGhee and von Hippel which were modified to take into account coulombic repultion between charged molecules binded to DNA and were used for the binding process analysis. Such modification makes it possible to describe experimental binding isotherms. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Asseline U., Delarue M., Lancelot G. et al Nucleic acid binding molecules with high affinity and base sequence spe cificity: Intercalating agents covalently linked to oligonuc leotides / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—1984 .—81 .—P. 3297—3301 . 2. Makitruk V. L, Yarmoluk S. N, Shalamay A. S., Alexeeva 1. V. Oligonucleotides modified with phenazine derivatives / / Nucl. Acids Res. Symp. ser .—1991 .—N 24 .—P. 244. 3. Nagai K., Hecht S. M. Site-specific DNA cleavage by antisense oligonucleotides covalently linked to phenazine Di-N-oxide / / J. Biol. Chem.—1991 .—226 .—P. 2 3 9 9 4 — 2 4 0 0 2 . 4. Lokhov S. G., Podyminogin M. A., Sergeev D. S. et al. Synthesis and high stability of complementary complexes of N - ( 2 - h y d r o x y e t h y l ) p h e n a z i n i u m d e r i v a t i v e s of oli gonucleotides / / Bioconjugate Chem. — 1 9 9 2 . — 3 , N 5 . — P. 414—419 . 28 И С С Л Е Д О В А Н И Е В З А И М О Д Е Й С Т В И Я П Р О И З В О Д Н Ы Х Ф Е Н А З И Н А С Д Н К 5. Maltseva Т. V., Agbak P., Repkova М. N. et ai The solution structure of a З'-phenazinium (Pzn) tethered DNA-RNA d u p l e x wi th a d a n g l i n g a d e n o s i n e : r ( 5 ' G - AUUGAA3'):d(5'TCAATC3'-Pzn) / / Nucl. Acids Res .— 1994.—22, N 25 .—P. 5590—5599 . 6. Серебряный С. />., Юфа Л. А. Аминирование алкилфе- назиниевых солей / / Укр. хим. ж у р н . — 1 9 6 3 . — 2 9 . — С. 322—329 . 7. Зозуля В. Н., Жигалова Н. #., Федоров В. Ф., Бла гой Ю. П. Взаимодействие карминомицина с Д Н К по дан ным лазерной поляризованной флюоресценции / / Мо- лекуляр. биология.—1989.—23, № 2 .—С. 605—611 . 8. Schwarz С, Klose S., Balthasar W. Cooperative binding to linear biopolymers / / Eur. J. B i o c h e m . — 1 9 7 0 . — 1 2 . — P. 454—460 . 9. Zozulya V., Blagoi Yu., Lober G. et ai Fluorescence and binding properties of phenazine derivatives in complexes with polynucleotides of various base composition and secondary structure / / Biophys. Chem. (в печати). 10. Deranleau D. A., Binkert Th., Bally P. Estimation of the saturation fraction of bound fluorescent ligands from the intensity and anisotropy of the emission / / J . Theor. Biol.— 1980 .—86.—P. 4 7 7 — 4 8 5 . 11. McGhee J. D., von Hippel P. H. Theoretical aspects of DNA-protein interactions: co-operative and non-co-operative binding of large ligands to a one-dimensional homogeneous lattice / / J. Мої. B io l .—1974 .—86 .—P. 469— 489 . 12. Clement R. M., Sturm J., Daune M. P. Interaction of metallic cations with DNA. Specific binding of Mg and Mn / / Bio polymers.—1973.—12.—P. 4 0 5 — 4 2 1 . 13. Благой Ю. П., Галкин В. Л., Гладченко Г. О. и др. Металлокомплексы нуклеиновых кислот в растворах.—Ки ев: Наук, думка, 1991 .—272 с. 14. Zozulya V. N., Fyodorov V. F.t Blagoi Yu. P. Cooperative binding of daunomycin and carminomycin to inorganic poly phosphate / / Stud, b iophys .—1990.—137, N 1—2.—P. 17— 28. УДК 577.323 Поступила в редакцию 24.09.96 29
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154652
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0233-7657
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:29:44Z
publishDate	1997
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
record_format	dspace
spelling	Благой, Ю.П. Зозуля, В.Н. Волошин, И.М. Макитрук, В.Л. Шаламай, А.С. Щербакова, А.С. 2019-06-15T17:18:36Z 2019-06-15T17:18:36Z 1997 Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции / Ю.П. Благой, В.Н. Зозуля, И.М. Волошин, В.Л. Макитрук, А.С. Шаламай, А.С. Щербакова // Биополимеры и клетка. — 1997. — Т. 13, № 1. — С. 22-29. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000462 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154652 577.323 Методами поляризованной флюоресценции и абсорбционной спектроскопии изучено взаимодействие с ДНК шести производных феназина, относящихся к гликозидам и четвертичным солям. Исследованы спектрально-флюоресцентные свойства свободных красителей и их комплексов с ДНК. Показано, что основным типом связывания феназинов с нейтральной формой хромофора является интеркаляция молекул красителя между плоскостями оснований двойной спирали ДНК. Для катионных красителей помимо интеркаляционного механизма существенный вклад в комплексообразование вносит кооперативное электростатическое взаимодействие с фосфатными группами, проявляющееся за счет сильных гидрофобных эффектов как при низкой (μ – 0,002), так и умеренной (μ – 0,1) ионных силах. При анализе процесса связывания использовали уравнения МакГи и ван Хиппела, модифицированные для учета энергии кулоновского отталкивания между адсорбированными молекулами красителя. Подобная модификация позволяет с хорошей точностью описать экспериментальные изотермы связывания. Вивчено взаємодію з ДНК шістьох похідних феназину, які належать до глікозидів та четвертинних солей, методами поляризованої флюоресценції та абсорбційної спектроскопії Досліджено спектрально-флюоресцентні властивості вільних барвників та їх комплексів з ДНК. Показано, шр основним типом зв'язування феназинів з нейтральною формою хромофора є інтеркаляція молекул барвника між площинами основ подвійної спіралі ДНК. Для катіонних барвників, крім інтеркаляційного механізму, істотний внесок у комплексоутворення робить кооперативна електростатична взаємодія з фосфатними групами, яка через сильні гідрофобні ефекти виявляється як за низької (μ – 0,002), так і за помірної (μ –0,1) іонної сили. При аналізі процесу зв'язування використані рівняння МакГі та ван Хіппела, модифіковані з метою врахування енергії кулонівського відштовхування між адсорбованими молекулами барвника. Подібна модифікація дозволяє з хорошою точністю описати експериментальні ізотерми зв'язування. The interaction of six phenazine derivatives belonging to glycosides and quaternary salts with DNA was studied by fluorescence polarized and absorption methods. Fluorescence properties of free dyes and their complexes with DNA were investigated. It was shown that the main type of binding of phenazines with a neutral chromophore is the dye intercalation between base pairs of the DNA double helix. For cationic dyes besides the intercalation the cooperative electrostatic interaction with phosphate groups makes the essential contribution to the complex formation. This interaction is manifested at both tow (μ – 0.002) and at moderate (μ – 0.1) ionic strengths because of high hydrophobic effects. The equations of McGhee and van Hippel which were modified to take into account coulombic repultion between charged molecules binded to DNA and were used for the binding process analysis. Such modification makes it possible to describe experimental binding isotherms. Авторы выражают благодарность С. А. Егупову за помощь в математической обработке результатов. Данная работа была частично поддержана Международной Соросовской Программой поддержки образования в области точных наук (ISSEP), грант № 064007. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Биополимеры и клетка Структура и функции биополимеров Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции Дослідження взаємодії похідних феназину з ДНК методом поляризованої флюоресценції Investigation of phenazine derivatives interaction with DNA by polarized fluorescence method Article published earlier
spellingShingle	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции Благой, Ю.П. Зозуля, В.Н. Волошин, И.М. Макитрук, В.Л. Шаламай, А.С. Щербакова, А.С. Структура и функции биополимеров
title	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции
title_alt	Дослідження взаємодії похідних феназину з ДНК методом поляризованої флюоресценції Investigation of phenazine derivatives interaction with DNA by polarized fluorescence method
title_full	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции
title_fullStr	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции
title_full_unstemmed	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции
title_short	Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции
title_sort	исследование взаимодействия производных феназина с днк методом поляризованной флюоресценции
topic	Структура и функции биополимеров
topic_facet	Структура и функции биополимеров
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154652
work_keys_str_mv	AT blagoiûp issledovanievzaimodeistviâproizvodnyhfenazinasdnkmetodompolârizovannoiflûorescencii AT zozulâvn issledovanievzaimodeistviâproizvodnyhfenazinasdnkmetodompolârizovannoiflûorescencii AT vološinim issledovanievzaimodeistviâproizvodnyhfenazinasdnkmetodompolârizovannoiflûorescencii AT makitrukvl issledovanievzaimodeistviâproizvodnyhfenazinasdnkmetodompolârizovannoiflûorescencii AT šalamaias issledovanievzaimodeistviâproizvodnyhfenazinasdnkmetodompolârizovannoiflûorescencii AT ŝerbakovaas issledovanievzaimodeistviâproizvodnyhfenazinasdnkmetodompolârizovannoiflûorescencii AT blagoiûp doslídžennâvzaêmodíípohídnihfenazinuzdnkmetodompolârizovanoíflûorescencíí AT zozulâvn doslídžennâvzaêmodíípohídnihfenazinuzdnkmetodompolârizovanoíflûorescencíí AT vološinim doslídžennâvzaêmodíípohídnihfenazinuzdnkmetodompolârizovanoíflûorescencíí AT makitrukvl doslídžennâvzaêmodíípohídnihfenazinuzdnkmetodompolârizovanoíflûorescencíí AT šalamaias doslídžennâvzaêmodíípohídnihfenazinuzdnkmetodompolârizovanoíflûorescencíí AT ŝerbakovaas doslídžennâvzaêmodíípohídnihfenazinuzdnkmetodompolârizovanoíflûorescencíí AT blagoiûp investigationofphenazinederivativesinteractionwithdnabypolarizedfluorescencemethod AT zozulâvn investigationofphenazinederivativesinteractionwithdnabypolarizedfluorescencemethod AT vološinim investigationofphenazinederivativesinteractionwithdnabypolarizedfluorescencemethod AT makitrukvl investigationofphenazinederivativesinteractionwithdnabypolarizedfluorescencemethod AT šalamaias investigationofphenazinederivativesinteractionwithdnabypolarizedfluorescencemethod AT ŝerbakovaas investigationofphenazinederivativesinteractionwithdnabypolarizedfluorescencemethod

Исследование взаимодействия производных феназина с ДНК методом поляризованной флюоресценции

Institution

Ähnliche Einträge