Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК
Проведен теоретический анализ влияния непротяженных невзаимодействующих между собой при адсорбции лигандов с избирательным характером связывания на переход спираль — клубок ДНК. Установлено, что при непосредственном связывании лигандов и в случае опосредованного влияния растворенных веществ на тепло...
Saved in:
| Date: | 1987 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1987
|
| Series: | Биополимеры и клетка |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154704 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК / А.С. Фридман, Д.Ю. Ландо // Биополимеры и клетка. — 1987. — Т. 3, № 4. — С. 201-207.— Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154704 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1547042025-02-09T13:39:10Z Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК Вплив вибіркового зв’язування лігандів на молекулярне плавлення ДНК Effect of selective ligand binding on the molecular DNA melting Фридман, А.С. Ландо, Д.Ю. Структура и функции биополимеров Проведен теоретический анализ влияния непротяженных невзаимодействующих между собой при адсорбции лигандов с избирательным характером связывания на переход спираль — клубок ДНК. Установлено, что при непосредственном связывании лигандов и в случае опосредованного влияния растворенных веществ на тепловую денатурацию ДНК имеет место совпадение характеристик процесса плавления. Различие наблюдается только при больших температурных сдвигах, обусловленных лигандами (больших 40 °С), что связано с нелинейностью зависимости температуры плавления от GC-содержания комплекса. Установлено, что для ДНК с квазислучайной и блочной последовательностями пар оснований лиганды обусловливают одинаковые температурные сдвиги, но различный характер зависимости ширины температурного интервала перехода от концентрации. Проведено теоретичний аналіз впливу непротяжних невзаємодіючих між собою при адсорбції лігандів з вибірковим характером зв’язування на перехід спіраль-клубок ДНК. Встановлено, що за безпосереднього зв’язування лігандів і у разі опосередкованого впливу розчинених речовин на теплову денатурацію ДНК має місце збіг характеристик процесу плавлення. Різниця спостерігається лише за великих температурних зсувів, обумовлених лігандами (більших за 40 °С), що пов’язано з нелінійністю залежності температури плавлення від GC-вмісту комплексу. Встановлено, що для ДНК з квазівипадковою і блоковою послідовностями пар основ ліганди обумовлюють однакові температурні зсуви, але різний характер залежності ширини температурного інтервалу переходу від концентра Short non-interacting ligands with a selective binding have been studied for their influence on the DNA helix-coil transition. It is shown that a direct binding of such ligands gives the same characteristics of the transition as the influence of dissolved substances on the heat DNA denaturation. The difference in characteristics is observed only at high temperature shifts (more than 30 °C) induced by ligands, where the dependence of the melting point on the GC-content of the complex is nonlinear. It is established that ligands induce the same temperature shifts but different behaviour of the dependence of the melting range width on the concentration. Авторы выражают признательность А. А. Ахрему за руководство работой и М. Д. Франк-Каменецкому за обсуждение результатов. 1987 Article Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК / А.С. Фридман, Д.Ю. Ландо // Биополимеры и клетка. — 1987. — Т. 3, № 4. — С. 201-207.— Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.0001F0 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154704 577.323.722 ru Биополимеры и клетка application/pdf Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров |
| spellingShingle |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров Фридман, А.С. Ландо, Д.Ю. Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК Биополимеры и клетка |
| description |
Проведен теоретический анализ влияния непротяженных невзаимодействующих между собой при адсорбции лигандов с избирательным характером связывания на переход спираль — клубок ДНК. Установлено, что при непосредственном связывании лигандов и в случае опосредованного влияния растворенных веществ на тепловую денатурацию ДНК имеет место совпадение характеристик процесса плавления. Различие наблюдается только при больших температурных сдвигах, обусловленных лигандами (больших 40 °С), что связано с нелинейностью зависимости температуры плавления от GC-содержания комплекса. Установлено, что для ДНК с квазислучайной и блочной последовательностями пар оснований лиганды обусловливают одинаковые температурные сдвиги, но различный характер зависимости ширины температурного интервала перехода от концентрации. |
| format |
Article |
| author |
Фридман, А.С. Ландо, Д.Ю. |
| author_facet |
Фридман, А.С. Ландо, Д.Ю. |
| author_sort |
Фридман, А.С. |
| title |
Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК |
| title_short |
Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК |
| title_full |
Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК |
| title_fullStr |
Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК |
| title_full_unstemmed |
Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК |
| title_sort |
влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление днк |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| publishDate |
1987 |
| topic_facet |
Структура и функции биополимеров |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154704 |
| citation_txt |
Влияние избирательного связывания лигандов на молекулярное плавление ДНК / А.С. Фридман, Д.Ю. Ландо // Биополимеры и клетка. — 1987. — Т. 3, № 4. — С. 201-207.— Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| series |
Биополимеры и клетка |
| work_keys_str_mv |
AT fridmanas vliânieizbiratelʹnogosvâzyvaniâligandovnamolekulârnoeplavleniednk AT landodû vliânieizbiratelʹnogosvâzyvaniâligandovnamolekulârnoeplavleniednk AT fridmanas vplivvibírkovogozvâzuvannâlígandívnamolekulârneplavlennâdnk AT landodû vplivvibírkovogozvâzuvannâlígandívnamolekulârneplavlennâdnk AT fridmanas effectofselectiveligandbindingonthemoleculardnamelting AT landodû effectofselectiveligandbindingonthemoleculardnamelting |
| first_indexed |
2025-11-26T08:32:26Z |
| last_indexed |
2025-11-26T08:32:26Z |
| _version_ |
1849841111869161472 |
| fulltext |
20. Waianabe F. Condensation of polynucleosome by histone HI b inding/ /FEBS Lett.—
1984.— 170, N 1.—P. 19—22.
21 Johns E. W. Studies on histories//Biochem J.— 1964.—92, N 1.—P. 55—64.
22. Lehrer S. S., Leavis P. C. Solute quenching of protein fluorescence // Meth. Enzymol.—•
1978.—49.—P. 222—236.
23. Isenberg I. Histones/ /Ann. Rev. Biochem.— 1979.—48 — P . 159—191.
24 Особенности третичной структуры молекулы гистона HI из тимуса теленка/
С. Н. Храпунов, А. Ф. Протас, А. В. Сиволоб и др.//Молекуляр. биология.— 1984.—
18, № 4.—С. 979—987.
25. Khrapunov S. NSivolob Л. V., Kucherenko Ν. Ε. Fluorescence study of the interac-
tion of calf thymus histone HI with DNA/ / Int . J. Biol. Macromol.— 1984.—6, N 4.—
P. 199—202.
26. Libertini L. J., Small E. W. Effects of pH on low-salt transition of chromatin core
particle / / Biochemistry.— 1982,— 21, N 14.—P. 3327—3334.
27. Dieterich A. E., Axel R., Cantor C. R. Salt-induced structural changes of nucleosome
core particle//J. Мої. Biol.— 1979.— 129, N 4.—P. 587—602.
28. Structural changes of nucleosomes in low-salt concentrations / H.-M. Wu, N. Datta-
gupta, M. Hogan, D. M. Crothers // Biochemistry.— 1979.— 18, N 18.—P. 3960—3965.
29. Fulmer Α. Ψ., Fasman G. D. Ionic strength-dependent conformational transitions of
chromatin//Biopolymers.— 1979.— 18, N 11.—P. 2875—2891.
30. Neutron scattering studies of nucleosome structure at low ionic strength / E. C. Uber-
bacher, V. Ramakrishnan, D. E. Olins, G. J. Bunick//Biochemistry.— 1983.— 22,
N 21.—P. 4916—4923.
31. Burch J. В. E., Martinson II. G. The roles of III, the histone core and DNA length in
the unfolding of nucleosome at low ionic strength// Nucl. Acids Res.— 1980.— 8,
N 21.—P. 4469—4487.
32 Conformational states of chromatin ν bodies induced by urea / D. E. Olins, P. N. Bry-
an, R. E. Harrington et al. // Ibid.— 1977.— 4, N 6.—P. 1911—1931.
33. Studies on the role and mode of operation of the very-lysine-rich histone H1(F1) in
eukaryote chromatin / Ε. M. Bradbury, S. E. Danby, H. W. E. Rattle, V. Giancotti//
Eur. J. Biochem.— 1975.—57, N 1.—P. 97—105.
34. Fabiato AFabiato F. Calculator programs for computing the composition of the
solution containing multiple metals and ligands used for experiments in skinner
muscle ce l l s / /J . Physiol.— 1979.—75, N 3.—P. 463—505.
35. Hagerman P. / . Investigation of the flexibility of DNA using transient electric bi-
refringence//Biopolymers.— 1980.—20, N 7 — P . 1503—1535.
36. Thoma F., Losa R., Koller Th. Involvement of the domains of histones FI1 and H5 in
the structural organization of soluble chromatin//J. Мої. Biol.— 1983.— 167, N 3.—
P. 619—640.
37. Structure of the nucleosome core particle at 7 A resolution / T. J. Richmond,
J. T. Finch, D. Rhodes, A. Klug // Nature.— 1984.— 311, N 5986.—P. 532—537.
38. Hatch C. L., Bonner W. M., Moudrianakis E. N. Differential accessibility of the amino
and carboxy termini of histone H2A in the nucleosome and its histone subunits //
Biochemistry.— 1983.—22, N 12.—P. 3016—3023.
Киев. roc. ун-т Получено 26.12.85
УДК 577.323.722
ВЛИЯНИЕ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО СВЯЗЫВАНИЯ ЛИГАНДОВ
НА МОЛЕКУЛЯРНОЕ ПЛАВЛЕНИЕ ДНК
А. С. Фридман, Д. Ю. Ландо
Молекулы многих белков, противоопухолевых препаратов, ионы метал-
лов и т. д. характеризуются селективным взаимодействием с опреде-
ленными последовательностями пар оснований [1]. Ранее была раз-
работана теория перехода спираль — клубок Д Н К с ярко выраженным
блочным строением в присутствии непротяженных невзаимодействую-
щих между собой при адсорбции лигандов с избирательным характе-
ром связывания [2—5]. В этих работах задача была сведена к реше-
нию алгебраического уравнения. Однако Д Н К фагов, вирусов, бактерий
не имеет ярко выраженного блочного строения. Расчет кривых плав-
ления комплексов лигандов с имеющей произвольную первичную струк-
туру Д Н К позволяет проводить теория, предложенная в работе [6].
Отметим, что в данном случае задача решается численно. Все харак-
теристики перехода определяются путем непосредственного перемноже-
ния матриц, число которых равно числу пар оснований в цепи ДНК.
6ИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1987 — Т. 3, № 4 201
В настоящем сообщении теория [6] используется для исследования
влияния лигандов на переход спираль — клубок Д Н К со случайной
последовательностью пар оснований и сопоставления этого влияния с
опосредованным воздействием на процесс плавления растворенных
веществ. Оценивается также возможность применения теории [2—5]
для расчета параметров перехода спираль — клубок и дифференциаль-
ной кривой плавления Д Н К с о случайной последовательностью п а р
оснований.
Параметры, характеризующие комплекс Д Н К с лигандами. Д Я А т =
= 8500 (кал/моль пар оснований) —энтальпия перехода поли (AT);
Г а т = 70°С, TqC= 110 °С — температуры плавления поли (AT) и по-
ли (GC); х = 0 , 5 — среднее GC-содержание Д Н К . Расчеты проводили
для двух значений σ: 5 - Ю - 5 и Ю - 8 . Первое соответствует реальному
значению этого параметра. Однако кооперативность процесса плавле-
ния возрастает из-за образования петель расплавленными участками
Д Н К . Приближенно данный эффект можно учитывать при использо-
вании модели однонитевого гетерополинуклеотида путем уменьшения
а до 10~7—10~8 [7, 8]. Более точный способ учета двунитчатости сво-
бодной (без лигандов) Д Н К предложен в [7, 9], однако он требует
значительно больше машинного времени. Поскольку различие резуль-
татов расчетов в рамках двух подходов учета нитчатости в принципе
может наблюдаться только при расчете тонкой структуры дифферен-
циальной кривой плавления, только эти характеристики будут рассчи-
тываться в рамках строгого подхода. Д л я оценки влияния петель на
процесс плавления и сравнения различных способов их учета приме-
няют три варианта расчета: 1) σ = 5 · 1 0 ~ 5 — однонитевой полимер;
2) σ = 1 0 ~ 8 — однонитевой полимер; σ = 5 · 1 0 - 5 — двунитевой полимер
(двунитчатость учитывается согласно [9] ) . В первом случае длина цепи
Д Н К N = 1 0 0 0 , а во втором и третьем — 5000, что обусловлено, как
показали результаты расчетов, слабым влиянием концевых эффектов
на процесс плавления в первом случае.
Последовательность пар оснований предполагается случайной и
задается при помощи генератора случайных чисел.
Процесс плавления также характеризуется параметрами с0 и с =
= D/M, где с0 — молярная концентрация свободных лигандов в рас-
творе; D — молярная концентрация введенных в раствор лигандов; Μ —
молярная концентрация пар оснований Д Н К . Тт — температура плав-
ления Д Н К ; AT — ширина температурного интервала перехода спи-
раль — клубок.
Плавление рассматривается в двух существенно различающихся
условиях — при отсутствии и наличии перераспределения в процессе
плавления. В первом случае при увеличении степени денатурации Д Н К
значение Со изменяется, а во втором — остается постоянным. Ярко вы-
раженный процесс перераспределения возникает, 1) когда константы
связывания со спиральными и расплавленными участками достаточно
СИЛЬНО различаются И 2) когда Произведение /Сшах'М^>1, где / С т а х —
максимальное значение константы связывания для возможных мест
адсорбции лигандов на AT- и GC-napax для спиральных и расплавлен-
ных участков.
При расчетах для определенности предполагаем, что лиганды вза-
имодействуют только с GC-парами. При этом выбираются следующие
значения констант связывания: /Сі = 2, /С 2 =0,2 или Κι=2, К2=0—
для дестабилизирующих лигандов; Κι = 0,2, 7 ( 2 = 2 — для стабилизиру-
ющих лигандов в случае отсутствия перераспределения (1 соответ-
ствует расплавленным участкам, 2 — спиральным). При наличии пере-
распределения рассматривается только случай дестабилизирующих
лигандов Κ\ — 2· 107, К2=2-106, М = 1 0 ~ 4 (ΚιΜ=2-103» 1).
Влияние лигандов на параметры перехода спираль — клубок в
условиях сильного перераспределения. Рассмотрим, как перераспреде-
ление лигандов, избирательно дестабилизирующих GC-пары, т. е. сбли-
жающих термостабильности AT- и GC-nap, влияет на параметры пере-
202 6ИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1987 — Т. 3, № 4 202
хода спираль — клубок (рис. 1, а) . В этом случае, как и для лигандов
с неизбирательным характером связывания, кривая зависимости Δ Τ (с)
имеет форму купола, и величина ΔΓ увеличивается почти в 10 раз
по сравнению со случаем свободной ДНК. Избирательность проявляет-
ся слабо, вызывая появление небольшой ступеньки в точке, где вырав-
Рис. 1. Зависимость Тт и AT от характеристик комплекса: а—с\ б—с0; в—χ; г—Тсс—
—Гат; а — происходит сильное перераспределение лигандов; б—г — перераспределение
отсутствует. Результаты расчетов, проводимых согласно [2—5], представлены крести-
ками. а — о= 10~8, /Сі = 2 · 107, К2=2-Ю6; б — /Сі=2 , /С2=0,2, / — σ = 5·10"5 , 2 — σ =
= 10~8; в — /Сі = 2, /Сг=0. Пунктирные линии соответствуют ДНК без лигандов при тех
же значениях ТАτ и Tgc, что и для комплекса. Значение с0 указано на рисунке, г — 1—
σ = 5 · 1 0 ~ 5 , 2—Ю-8. / — свободная ДНК; / / , / / / , IV — комплекс ДНК с лигандами;
/ / — /Сі=2, /(2 = 0,2; III —Κι = 2 , К2 = 0; IV — /С, = 0,2, К2=2. Стрелкой отмечена
точка, соответствующая нулевой концентрации лигандов (Гос—ГАТ=«40вС)
Fig. 1. Dependences of Tm and ΔΓ on the complex parameters
ниваются термостабильности AT- и GC-пар оснований (концентрация
или точка инверсии). То есть, как уже отмечалось в [4], перераспре-
деление лигандов в процессе плавления практически полностью скры-
вает эффекты, обусловленные избирательностью связывания. Поэтому
при исследовании избирательности связывания необходимо подбирать
условия эксперимента так, чтобы перераспределение лигандов отсут-
ствовало (низкие концентрации ДНК, использование различных буфер-
6ИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1987 — Т. 3, № 4 203
ных систем). Из рис. Ι ,α также следует, что подходы [2—5] и [6]
дают одинаковые результаты при сильном перераспределении лигандов.
Плавление ДНК при отсутствии перераспределения лигандов.
В случае неизбирательного связывания и отсутствия перераспределе-
ния в процессе плавления (Co=const) непротяженные невзаимодейству-
ющие между собой при адсорбции лиганды вызывают лишь незначи-
тельное изменение ширины температурного интервала перехода (ΔΓ)
[10]. Лиганды с избирательным характером связывания оказывают
более сильное влияние (рис. 1,6) . Из рисунка видно, что лиганды,
избирательно дестабилизирующие GC-пары, вызывают уменьшение AT
в области низких и средних концентраций (с0~ 1/тах (Ки Кг)), а в
области высоких — увеличение этого параметра. Расчеты проводили
для модели однонитевого полимера при α = 5 · 1 0 ~ 5 и σ=10~ 8 .
Такой вид зависимости АГ(с0) обусловлен первоначальным сбли-
жением термостабильности AT- и GC-nap оснований с ростом с0. При
концентрации, выравнивающей термостабильности (точка инверсии,
с„нв), значение AT становится минимальным. При дальнейшем увели-
чении с0 термостабильность GC-nap становится ниже, чем АТ-пар, и
AT увеличивается. В этой области концентраций лигандов при более
низких температурах выплавляются не AT-, а GC-богатые участки ДНК.
Из рис. 1,6 также видно, что положение минимума функции
АТ(со) не зависит от σ, однако минимальное значение AT определяется
значением σ и приблизительно равно ширине температурного интер-
вала перехода свободного гомополимера, для которого, как и в случае
гетерополимера, предполагается отсутствие явлений ветвления и про-
скальзывания цепей ДНК. При σ = 5 · 10~5 расчеты дают А Г = 0 , 9 ° С ,
а при σ = 1 0 - 8 — 0,05 °С. Во втором случае полученное значение AT
обусловлено в основном концевыми эффектами, так как для бесконеч-
ного однонитевого гомополимера Δ Γ ~ 0 , 0 1 °С. При строгом учете пе-
тель в теории AT для бесконечного гомополимера равно 10_ 6°С [1].
Сближение термостабильностей AT- и GC-nap при низких и сред-
них значениях с0 хорошо видно из рис. Ι ,β , на котором представлены
данные по зависимости температуры плавления Д Н К от GC-содержа-
ния при различных концентрациях свободных лигандов в растворе
( Т т ( х ) ) . При с 0 < 1 , 8 М разность стабильностей падает с ростом с о.
При с 0 = 1 , 8 М (точка инверсии) она становится минимальной (TGс—
—7ат~0 ,3°С ) и затем, изменив знак на противоположный, начинает
возрастать по абсолютной величине.
Следует также отметить, что форма кривой функции АТ(со) за-
висит от σ: уменьшение σ ведет к уширению минимума в области
точки инверсии (рис. 1,6) . Это объясняется тем, что при уменьшении
σ резко растет относительное увеличение средних размеров спираль-
ных и расплавленных участков в точке инверсии. Расчеты показывают,
что при α = 5 · 1 0 ~ 5 в точке инверсии средняя длина расплавленных уча-
стков увеличивается менее чем в два раза по сравнению со свободной
ДНК, а при σ = 1 0 - 8 — в десятки раз. Поэтому во втором случае еще
до достижения точки инверсии вся макромолекула начинает плавиться
как единое целое, а не по отдельным участкам. В результате низкие
значения AT достигаются при меньших значениях с0, а рост AT при
А)>Синв начинается при более высоких по сравнению с σ = 5 · 1 0 ~ 5 кон-
центрациях свободных лигандов. При σ = 5 · 1 0 - 5 даже в точке инверсии
молекула разбивается на значительное число спиральных и расплав-
ленных участков, большая часть которых выплавляется независимо
друг от друга. Этим объясняется лучшее по сравнению с σ = 1 0 - 8
совпадение зависимостей АТ(с0) для Д Н К со случайной и блочной
последовательностями пар оснований при σ = 5 · 1 0 - 5 , так как отдельные
блоки выплавляются независимо друг от друга.
Эксперимент [1] показывает, что для Д Н К с квазислучайной по-
следовательностью и блочным строением характер зависимостей АГ(с0)
полностью соответствует кривым 2 (рис. 1,6), рассчитанным при
<т= 10~8.
204 БИОПОЛИМЕРЫ И К Л Е Т К А , - 1987 - Т . 3, Л? 4
Кривые зависимостей Тт(с0) и АТ(со), представленные на рис. 1,6,
рассчитаны также по полученным для Д Н К с ярко выраженным блоч-
ным строением формулам работ [2—5]. Из рисунка видно, что вычис-
ленные двумя способами При раЗЛИЧНЫХ о зависимости 1m (со) совпа-
дают. Следовательно, для вычисления температуры плавления можно
использовать любой подход.
Аналогичные расчеты проводили и для опосредованного влияния
растворенных веществ на переход спираль — клубок, согласно [11],
т. е. предполагалось, что вещества, добавленные в раствор Д Н К , не
взаимодействуя с ней непосредственно, вызывают различные изменения
Τ at и Гос. Сравнение двух типов воздействия на переход спираль —
клубок проводили следующим образом.
На основе алгоритма [6] для различных с0 вычисляли ТАτ, Τgc
и ширину температурного интервала перехода (AT). Строили зави-
симость AT от Tqc—Tat. Произвольно задавая ТАт, 7\зс, рассчитывали
эту зависимость для Д Н К без лигандов и сопоставляли вычисленные
двумя способами зависимости. Такие графики представлены на рис. 1,г.
На их основе можно сделать следующие выводы.
1. Все эффекты, обусловленные избирательным связыванием ли-
гандов, не взаимодействующих между собой при адсорбции, имеют
место и в случае опосредованного влияния. 2. Зависимости AT от
разности Tqc—ΤΑτ для комплекса и свободной Д Н К совпадают, если
лиганды вызывают небольшой температурный сдвиг. 3. Функция
АТ(Тgc—ТАт), рассчитанная для комплекса, не зависит от конкретных
значений констант связывания, выбранных для расчетов. Последнее
справедливо как для стабилизирующих, так и дестабилизирующих ли-
гандов. 4. При концентрациях лигандов, вызывающих температурные
сдвиги, превышающие 45—50 °С, результаты расчетов, проведенных
двумя способами, различаются. Это различие обусловлено тем, что
изменение температуры плавления, вызванное лигандами, не является
линейной функцией GC-содержания [2]. Нелинейность проявляется при
больших температурных сдвигах. В результате для комплекса стано-
вится нелинейной зависимость Tm (χ) (рис. Ι , β ) . В случае свободной
Д Н К при тех же значениях ТАτ и TGс (опосредованное влияние) эта
зависимость линейна (рис. Ι , β ) . В результате при х = 0 , 5 максималь-
ное различие в температуре плавления достигает 8 °С ( с 0 = 1 0 0 , TGC—
— Г А Т = — 7 0 °С, Г а т = 7 0 °С).
В заключение этого раздела отметим, что в случае лигандов, уве-
личивающих разность стабильностей AT- и GC-nap оснований Д Н К
( K 2 > K 1 ) , AT монотонно увеличивается с ростом с0.
Влияние лигандов на форму дифференциальной кривой плавления.
Как показано в [10], непротяженные невзаимодействующие при ад-
сорбции лиганды с неизбирательным характером связывания не влияют
на форму дифференциальнои кривои плавления ( — ^ -, О— степень
спиральности Д Н К ) . Из рис. 2 видно, что при избирательном связы-
вании происходит сильное изменение формы дифференциальной кри-
вой: 1) как уже указывалось выше, происходят уменьшение интервала
плавления при с0<Ссиив и увеличение его при более высоких концен-
трациях лигандов; 2) низкотемпературная часть кривой плавления при
небольших концентрациях лигандов изменяется значительно слабее,
чем высокотемпературная; 3) при различных концентрациях лигандов
на дифференциальной кривой плавления проявляется различное число
пиков, если число пиков и сохраняется, то их относительная площадь
изменяется; 4) способ учета петель не оказывает существенного влия-
ния на форму кривой.
Представленные результаты расчетов позволяют заключить, что
теория, разработанная в [2—5], не дает возможности рассчитать диф-
ференциальную кривую плавления комплекса лигандов с Д Н К , харак-
теризующейся квазислучайной первичной структурой. Несоответствие
заключается в том, что [2—5] число пиков дифференциальной кривой
6ИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1987 — Т. 3, № 4 205
плавления и их относительная площадь в присутствии различных кон-
центраций лигандов остаются постоянными. То же справедливо для
Д Н К высших организмов с ярко выраженным блочным строением.
Сопоставим дифференциальные кривые плавления, рассчитанные
(2). Учет петель проводится согласно [9]
Fig. 2. The differential melting profiles calculated for different concentrations of free
ligands
Рис. 3. Дифференциальные кривые плавления, рассчитанные для случаев непосредствен-
ного связывания (1) и опосредованного влияния (2) растворенных веществ: с0 = 0,32
(а); 1 (б); 100 Μ (в)
Fig. 3. The differential melting profiles calculated for cases of a direct ligand binding
(1) and the mediated influence of the dissolved substances (2)
тельного влияния (рис. 3). Из рисунка видно, что даже при низких
концентрациях лигандов различие в температурах плавления становит-
ся сравнимым с величиной температурной области перехода. Однако
при небольших различиях в высоте пиков форма кривых сохраняется
(рис. 3, а, б). При высоких концентрациях лигандов, т. е. больших
температурных сдвигах, начинает различаться и форма дифференци-
альных кривых плавления (рис. 3, в), что обусловлено нелинейным
характером зависимости Тт(х) в случае непосредственного избиратель-
ного связывания.
Таким образом, из данного сообщения можно сделать следующие
выводы.
206 БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА.— 1987,— Т. 3, № 4
1. Непосредственное избирательное связывание непротяженных не-
взаимодействующих между собой при адсорбции лигандов вызывает
такие же эффекты, что и опосредованное влияние.
2. Количественные различия в ширине интервала плавления и для
дифференциальной кривой плавления обусловлены тем, что в случае
непосредственного связывания лигандов зависимость Тт(х) становится
нелинейной. Причем нелинейность растет с увеличением температур-
ного сдвига, обусловленного лигандами.
3. Сравнение представленных результатов расчетов с полученными
на основе теории [2—5], разработанной для Д Н К с ярко выраженным
блочным строением, показывает, что ее можно использовать для Д Н К
со случайной последовательностью пар оснований при расчете темпе-
ратуры плавления, а в случае сильного перераспределения лигандов —
и для расчета ширины температурного интервала перехода.
Авторы выражают признательность А. А. Ахрему за руководство
работой и М. Д. Франк-Каменецкому за обсуждение результатов.
EFFECT OF SELECTIVE LIGAND BINDING ON THE MOLECULAR DNA MELTING
A. S. Fridman, D. Yu. Lando
Institute of Bioorganic Chemistry, Academy of Sciences of the Byelorussian SSR, Minsk
S u m m a r y
Short non-interacting ligands with a selective binding have been studied for their influ-
ence on the DNA helix-coil transition. It is shown that a direct binding of such ligands
gives the same characteristics of the transition as the influence of dissolved substances
on the heat DNA denaturation. The difference in characteristics is observed only at high
temperature shifts (more than 30 °С) induced by ligands, where the dependence of the
melting point on the GC-content of the complex is nonlinear. It is established that li-
gands induce the same temperature shifts but different behaviour of the dependence o!
the melting range width on the concentration.
1. Исследование плавления ДНК в области инверсии относительной стабильности ΑΤ-
Η GC-nap/A. Д. Воскобойник, Д. Р. Монаселидзе, Г. Н. Мгеладзе и др.//Молеку-
ляр. биология — 1975 — 9, № 5 —С. 783—790.
2. Ахрем Α. Α., Ландо Д. Ю. Влияние лигандов с избирательным характером взаимо-
действия на переход спираль — клубок ДНК. 1. Модель. Теория.//Там же.— 1979.—
13, № 5.—С. 1098—1109.
3. Ахрем Α. Α., Ландо Д. Ю. Влияние лигандов с избирательным характером взаимо-
действия на переход спираль — клубок ДНК, содержащей сателлитные фракции//
Весці АН БССР —Хім. сер.— 1981.— № 2.—С. 13—19.
4. Ахрем Α. Α., Ландо Д. Ю. Влияние лигандов с избирательным характером взаимо-
действия на переход спираль — клубок ДНК. III. Расчет кривых плавления комп-
лексов ДНК с лигандами//Молекуляр. биология.— 1981.— 15, № 5.— С. 1083—1091.
Б. Ландо Д. Ю., Кулъба А. М., Ахрем А. А. Влияние лигандов с избирательным ха-
рактером взаимодействия на переход спираль — клубок ДНК. VI. Тепловая дена-
турация ДНК в кислой среде/ /Там же.— С. 1093—1101.
5. Ахрем Α. Α., Фридман А. С., Ландо Д. Ю. Теория перехода спираль — клубок ком-
плексов гетерогенной ДНК с гетерогенными лигандами // Биополимеры и клетка.—
1985.— 1, № 4.— С. 171—179.
7. Fine structure of DNA melting curves / Yu. L. Lyubchenko, M. D. Frank-Kamenetskii,
Α. V. Vologodskii et al. ..//Biopolymers.— 1976.— 15, N 6.—P. 1019—1036.
8. Tong Β. YBattersby S. J. Melting fine structure of ФХ174 DNA and its fragments:
a theoretical study/ / Ibid — 1978.— 17, N 12.— P. 2933—2937.
D. Франк-Каменецкий Μ. Д., Франк-Каме не цкий А. Д. Учет двунитчатости в теории
перехода спираль — клубок ДНК // Молекуляр. биология.— 1969.— 3, № 3.—
С. 375—383.
К), Фридман А. С., Ландо Д. Ю. Кооперативное контактное взаимодействие между ли-
гандами, адсорбированными на ДНК, вызывает уменьшение ширины интервала плав-
ления//5-я Всесоюз. конф. по спектроскопии биополимеров: Тез. докл.— Харьков,
1984.—С. 254.
IL Белинцев Б. Я., Вологодский А. В., Франк-Каменецкий Μ. Д. Влияние последова-
тельности оснований на стабильность двойной спирали ДНК // Молекуляр. биоло-
гия.— 1976 — 10, № 4.— С. 764—769.
Ин-т биоорган, химии АН БССР, Минск Получено 21.03.86
БИОПОЛИМЕРЫ II КЛЕТКА— 1987.—Т. 3, № 4 207
|