Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса
Методом ЯМР исследовано взаимодействие глицина и его метилированных аналогов с основаниями нуклеиновых кислот. Показано специфическое взаимодействие О-метилглицина с цитозином и гуанином с образованием Н-связей в диметилсульфоксиде (Me₂SO). Взаимодействие О- и N- метиловых производных глицина с гуан...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Биополимеры и клетка |
|---|---|
| Дата: | 1987 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1987
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155132 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса / В.И. Брусков, В.П. Кутышенко // Биополимеры и клетка. — 1987. — Т. 3, № 6. — С. 294-301. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859655455224102912 |
|---|---|
| author | Брусков, В.И. Кутышенко, В.П. |
| author_facet | Брусков, В.И. Кутышенко, В.П. |
| citation_txt | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса / В.И. Брусков, В.П. Кутышенко // Биополимеры и клетка. — 1987. — Т. 3, № 6. — С. 294-301. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Биополимеры и клетка |
| description | Методом ЯМР исследовано взаимодействие глицина и его метилированных аналогов с основаниями нуклеиновых кислот. Показано специфическое взаимодействие О-метилглицина с цитозином и гуанином с образованием Н-связей в диметилсульфоксиде (Me₂SO). Взаимодействие О- и N- метиловых производных глицина с гуанином и цитозином приводит к конкуренции за образование Н-связей в G–С-парах в смеси Me₂SO : Н₂O (3:1). Получены данные, указывающие на взаимодействие глицина с цитидином, СМР и GMP в воде.
Методом ЯМР досліджено взаємодію гліцину і його метильованих аналогів з основами нуклеїнових кислот. Показано специфічну взаємодію О-метилгліцину з цитозином і гуаніном з утворенням Н-зв’язків у диметилсульфоксиді (Me₂SO). Взаємодія О- та N-метилових похідних гліцину з гуаніном і цитозином призводить до конкуренції за утворення Н-зв’язків у G-С-парах в суміші Me₂SO: Н₂O (3:1). Отримано дані, що вказують на взаємодію гліцину з цитидину, СМР і GMP у воді.
Interaction of glycine and its O- and N-methyl derivatives with nucleic acid bases have been investigated by the NMR method. O-methylglycine selectively interacts with cytosine and guanine in dirnethylsulphoxide (DMSO) solution. Cytosine forms a complex where NH⁺₃-group of O-methylglycine specifically interacts with O2 and N3 atoms with simultaneous formation of hydrogen bonding between carbonyl group and NH₂-group of cytosine. For guanine the complex formation is, probably, due to interaction of NH⁺ group with O6, N7 atoms and hydrogen bonding of carbonyl group with Nl-H-group. The methylglycine derivatives form complexes with cytosine and guanine and compete for hydrogen bonds formation in guanine-cytosine pairs in DMSO: H₂O (3:1) solutions. But O-methylglycine forms a complex preferably with cytosine, whereas N-methylglycine — with guanine. The data obtained indicate the interaction of glycine with cytidine, CMP and GMP in water.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:38:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
to the site with high hydrolysis rate; PuPu pair in —1-2 position and/or A in —3 posi-
tion relative to the boundary of sites with low hydrolysis rate; some combinations of
these features, but T always in —1 position for sites with intermediate rates. Relative
hydrolysis rates of sites are the same for supercoiled and linear DNAs. An attempt is
m a d e to e x p l a i n t h e s e r e s u l t s i n t e r m s of p e c u l i a r i t i e s of local DNA structure near the
restriction site.
1. Drew H. R., Travers A. A. Structural functions in DNA: the influence of f lanking
sequence on nuclease digestion speci f ic i t ies / /Nucl . Acids Res.— 1985.— 13, N 12.—
P. 4445—4467.
2. Thomas M., Davis R. W. Studies on the cleavage of bacteriophage lambda DNA
with EcoRI restriction e n d o n u c l e a s e / / J . Мої. Biol.—1975.—91, N 3 .—P. 315—328.
3. Kinetic studies on the cleavage of adenovirus DNA by restriction endonuclease
EcoRI / S. Forsblom, R. Rigler, M. Ehrenberg et al. / / Nucl. Acids Res.— 1976.—3,
N 12,—P. 3255—3269.
4. Armstrong K., Bauer W. R. Preferential site-dependent cleavage by restriction endo-
nuclease PstI / / Ibid.— 1982.— 10, N 3.— P. 993—1007.
5. Armstrong /<., Bauer W. R. Site-dependent cleavage of pBR322 DNA by restriction
endonuclease ITinfI / / Ibid.— 1983.— 11, N 12.— P. 4109—4126.
6. Nath /<., Azzolina B. A. Cleavage properties of site-specific restriction endonucleases / /
Gene amplification and analysis / Ed. J. G. Chirikjan.— Amsterdam: Elsevier, 1981.—
Vol. 1.—P. 113—130.
7. Gingeras T. RBrooks J. E. Cloned restriction / modification system from Pseudomo-
nas aeruginosa / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1983.—80, N 1.—P. 402—406.
8. Wolfes HFliess A., Pingond A. A comparison of the structural requirements for
DNA cleavage by the isoschizomers HaeIII, BspRI and BsuRI / / Eur. J. Biochem.—
1985.— 150, N 1.—P. 105—110.
9. Parker R. C., Watson R. M., Vinograd J. Mapping of closed circular DNAs by cleava-
ge with restriction endonucleases and calibration by agarose gel electrophoresis / /
Proc. Nat. Acad. Sci. USA.— 1977.— 74, N 3 .—P. 851—855.
10. Фершт А. Структура и механизм действия ферментов.— Μ. : Мир, 1980.— 432 с.
11. Koncz С., Kiss A., Venetianer P. Biochemical characterization of the restriction-mo-
dification system of Bacillus sphaericus / / Eur. J. Biochem.— 1978.— 89, N 2.—
P. 523—529.
12. Маниатис TФрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекуляр-
ное клонирование.— М. : Мир, 1980.— 479 с.
13. Sutcliffe J. G. Complete nucleotide sequence of the Escherichia coli plasmid pBR322 //
Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol.— 1979,—43.—P. 77—90.
14. Yanisch-Perron CVieira J., Messing / . Improved Ml3 phage cloning vectors and
host strains: nucleotide sequences of the M13mpl8 and pUC19 vectors / / Gene.—
1985,—33, N 1.—P. 103—109.
15. Nucleotide sequence of small ColEI derivatives: structure of the regions essential
for autonomous replication and colicin EI immunity / A. Oka, N. Nomura, M. Morita
et al. / / Мої. and Gen. Genet.— 1979.— 172, N 2.— P. 151—159.
16. Lu A.-L., Jack W. E., Modrich P. DNA determinants important in sequence recogni-
tion by EcoRI endonuc lease / / J. Biol. Chem.— 1981.— 256, N 24.—P. 13200—13206.
17. Kinked DNA in crystalline complex with EcoRI endonuclease / C. A. Frederick,
J. Grable, M. Melia et a l . / / N a t u r e . — 1984.—309, N 5966.—P. 327—331.
18. Kalladine C. R. Mechanics of sequence-dependent stacking of bases in B-DNA / /
J. Мої. Biol.— 1982.— 161, N 2.— P. 343—352.
Ин-т молекуляр. генетики АН СССР, Москва Получено 14.01.87
УДК 577.2
СПЕЦИФИЧНОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЛИЦИНА
И ЕГО МЕТИЛИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
С ОСНОВАНИЯМИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
ПО ДАННЫМ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
В. И. Брусков, В. П. Кутышенко
Введение. Исследование взаимодействия мономерных компонентов бел-
ков и нуклеиновых кислот представляет интерес как один из подходов,
позволяющих вычленить и оценить роль отдельных элементарных взаи-
модействий, л е ж а щ и х в основе образования специфических белково-
нуклеиновых комплексов. Результаты, полученные в таких модельных
исследованиях, обобщены в обзорах [1, 2].
2 9 4 БИОПОЛИМЕРЫ И 1\ЛЕТ1\А. — 1987. — Т. 3, № G
Ранее для определения характера взаимодействия аминокарбо-
ксильного диполя глицина с Д Н К методами термического плавления и
кругового дихроизма (КД) изучено влияние глицина на термостабиль-
ность и конформацию Д Н К [3, 4]. Полученные результаты свидетель-
ствовали о существовании двух типов взаимодействий в этой системе:
стабилизирующего структуру Д Н К электростатического взаимодействия
аминокарбоксильного диполя глицина с фосфатными группами и деста-
билизирующего специфического взаимодействия амино- и карбоксилат-
ионов глицина с гуанином и цитозином в односпиральных участках
Д Н К . На специфичность взаимодействия глицина с гуанином и цитози-
ном указывает уменьшение температуры и температурного интервала
плавления Д Н К [3], а также избирательное увеличение растворимости
гуанозина и цитозина под влиянием глицина [5].
Кроме того, методом Я М Р была показана специфичность взаимо-
действия заряженной карбоксильной группы с гуанином в результате
образования водородных связей между карбоксилат-ионом и N l — H -
и N2 — Н2-группами гуанина [6—8] в диметилсульфоксиде (Me2SO) и
воде. Причем это взаимодействие является более сильным, чем взаимо-
действие гуанина с цитозином [8].
Цель настоящей работы заключалась в изучении методом Я М Р
взаимодействия амино- и карбоксилат-ионов глицина и его метили-
рованных аналогов (О- и N-метилглицина) с основаниями нуклеино-
вых кислот.
Материалы и методы. Спектры протонного магнитного резонанса (ПМР) сняты
на спектрометре ЯМР «Вгикег» (ФРГ) WM-400 на частоте 400 МГц. В качестве
растворителя использовали Me2SO-Ci6 с атомной долей изотопа 99 % (ВО «Изотоп»,
Моск. отд-ние), смесь Me2SO с H2O ( 3 : 1 ) и H2O с 5%-ной добавкой D2O. Для уда-
ления примесей воды Me2SO выдерживали над свежепрокаленными молекулярными
ситами (0,3—0,4 нм). В качестве внутреннего эталона использовали тетраметилсилан
(TMC) для растворов в Me2SO и Me2SO с H2O и натрий-2,2-диметилсилапентан-5-суль-
фонат (ДСС) в водных растворах. Для уменьшения интенсивности сигнала от про-
тонов воды применяли селективное насыщение сигнала воды мощным радиочастотным
полем в течение 1,5 с (время задержки перед каждым накоплением). Спектры являют-
ся результатом Фурье-преобразования 16 накоплений. Полная спектральная ширина
составляет 6000 Гц.
Аденозин и гуанозин производства НПО «Биолар» (Олайне, СССР). Гли-
цин, цитидин, уридин, саркозин, гуанозин-5'-монофосфат Li-соль и цитидин-5'-монофос-
фат Na-соль (GMP и С М Р ) — в с е х. ч., «Reanal» (ВНР). Литиевую соль GMP полу-
чали ионообменной хроматографией на колонке ДЭАЭ-сефадекса А-25. Метиловый эфир
глицина (гидрохлорид) получен химической модификацией глицина по методике [9].
Все растворы имели нейтральные значения рН без использования буфера. LiCl-H2O
(о. с. ч.) высушивали несколько часов в вакууме при нагреве до 95 0C.
Результаты и обсуждение. И з б и р а т е л ь н о е в з а и м о д е й -
с т в и е 0 - м е т и л г л и ц и н а с н у к л е о з и д а м и в Me2SO.
Низкая растворимость глицина в DAe2SO не позволяет исследовать его
взаимодействие с нуклеозидами в этом растворителе. Д л я изучения
специфичности взаимодействия аминогруппы с основаниями нуклеино-
вых кислот методом ЯМР исследовано взаимодействие О-метилглицина
с нуклеозидами в Me2SO. Положение и интенсивность резонанса амино-
группы О-метилглицина в Me2SO свидетельствуют о существовании ее
в заряженной НН3+-форме. Из четырех исследованных нуклеозидов
(аденозин, гуанозин, уридин и цитидин) только гуанозин и цитидин
обнаруживают существенные изменения в спектре при добавлении эфи-
ра глицина, свидетельствующие о взаимодействии.
В случае гуанозина происходит смещение в сторону слабого поля
резонансов Nl — H - и N2 — Н2-протонов на 0,13 и 0,14 м. д. (табл. 1,
рис. 1). Как известно, Nl — H - и N2 — Н2-протоны гуанина специфиче-
ски взаимодействуют с ионами хлора [10]. Д л я проверки влияния при-
сутствующего в О-метилглицине иона хлора сняты спектры П М Р гуа-
295 БИОПОЛИМЕРЫ И 1\ЛЕТ1\А. — 1987. — Т. 3, № G
нозина и цитидина с эквимолярным количеством LiCl. В присутствии
LiCl происходит сдвиг в сторону слабого поля резонансов N l — H - и
N2 — Н2-протонов на 0,16—0,17 м. д., что больше, чем в случае О-ме-
тилглицина. Этот результат убедительно показывает, что сдвиг в сторо-
ну слабого поля сигналов N l - H - и N2 — Н2-протонов гуанозина про-
исходит под влиянием противоионов хлора в О-метилглицине. Неболь-
шой сдвиг (0,04 м. д.) в сторону сильного поля резонанса заряженной
Рис. 1. Спектры ПМР в Me2SO. слева — О-метилглицина, гуанозина и их смеси; спра-
ва — О-метилглицина, цитидина и их смеси. Все концентрации равны 0,03 М. Темпера-
тура 300 К. Химические сдвиги относительно внутреннего эталона TMC. Стрелками по-
казаны изменения сдвигов NH-, NH2 и N H 3 ^ r p y n n при образовании комплексов
Fig. 1. NMR spectra in Me2SO of O-methylglycine, guanosine and their mixture (on the
lef t) ; O-methylglycine, cytidine and their mixture (on the r ight) . All the concentrations
are 0.03 M. The temperature is 300 K. Chemical shifts are estimated relative to TMS as an
internal s tandard. Arrows show changes in chemical shifts of NH-, NH2- and NH 3
+ -gro-
ups at the formation of complexes
аминогруппы ЫНз+ О-метилглицина служит указанием на ее взаимо-
действие вероятнее всего, с атомами Об и N7 гуанина [11].
Наиболее значительные изменения под влиянием О-метилглицина
происходят в спектре цитидина. Наблюдается сильное уширение и сме-
т а б л и ц а 1
Химические сдвиги резонансов протонов гуанозина и цитидина и их комплексов
с О-метилглицином и LiCl в Me2SO-d&, м.д.
Chemical shifts of proton resonances of guanosine and cytidine and their complexes with
O-methylglycine hydrochloride and LiCl in Me2SO-d&, p.p.m.
N4—H2(C)
Образец NH3~
O-MeGly
NI-H(G) N2—
-H2(G) Ha H6
С8-Н С6-Н С5-Н
П р и м е ч а н и е . T = 3 0 0 К. Внутренний эталон ТМС. Все концентрации равны 0,03 М.
Точность определения химических сдвигов ±0,002 м.д.
2 9 6 БИОПОЛИМЕРЫ И 1\ЛЕТ1\А. — 1987. — Т. 3, № G
щение в сторону сильного поля сигнала заряженной аминогруппы O-
метилглицина, а т а к ж е уширение и смещение в сторону слабого поля
сигнала аминогруппы цитидина (рис. 1., табл. 1). Изменение сигнала
МН3
+-группы О-метилглицина зависит от содержания в Me2SO примеси
воды и возрастает с увеличением последней. Полученные результаты
свидетельствуют об образовании специфического комплекса " между
NH3+-rpynnoft аналога глицина и цитозином, вероятно, с участием 0 2 -
и ЫЗ-атомов [11]. Одновременно происходит образование водородной
связи между карбонильной группой О-метилглицина и аминогруппой
Рис. 2. Схема взаимодействия О-метилглицина с цитози-
ном посредством образования водородных связей карбо-
нильной и МН3
+-группами О-метилглицина с NH2-Tpyn-
пой и N3- и 02-атомами цитозина соответственно по
данным ЯМР
Fig. 2. Scheme of O-methylglycine interaction with cyto-
sine by hydrogen bonds' formation of carbonyl and N H 3
f -
groups of O-methylglycine with NH2-group and N3, 0 2
atoms of cytosine as to the NMR data
цитидина (рис. 2), о чем свидетельствуют уширение и сдвиг сигнала
последней в сторону слабого поля. Образование комплекса, по-видимо-
му, сопровождается дегидратацией заряженной аминогруппы О-метил-
глицина и, как следствие этого, приводит к сдвигу ее резонанса в сторо-
ну сильного поля. Взаимодействие цитозина с рядом метиловых эфиров
аминокислот путем образования водородных связей с карбонильной
группой и аминогруппой было показано ранее методом инфракрасной
(ИК) спектроскопии [12]. Преимущественный вклад аминогруппы гли-
цина в комплексообразование с 0 2 - и ЫЗ-атомами цитозина и Об- и
Ы7-атомами гуанина получен в расчетах энергии межмолекулярных
взаимодействий [11].
Ионы хлора оказывают слабое воздействие и на цитозин, а именно
на На-протон аминогруппы, не принимающий участия в спаривании
с гуанином (сдвиг в сторону слабого поля на 0,063 м. д.) , а т а к ж е час-
тично на С5 — H- и Сб — Η-протоны (С5 — Н > С 6 — Н, табл. 1).
К о н к у р е н ц и я м е т и л о в ы х п р о и з в о д н ы х г л и ц и н а
з а о б р а з о в а н и е Н-с в я з е й в G—С-п а р а х н у к л е о з и д о в
в р а с т в о р е DAe2SO : Н2О ( 3 : 1 ) . Д л я выявления роли карбокси-
лат- и амино-ионов в комплексообразовании с нуклеотидными основа-
ниями интересно сравнить взаимодействие последних с О- и N-метил-
глицином. Очень низкая растворимость N-метилглицина не позволяет
сделать этого в Me2SO. Однако чувствительность метода Я М Р дает
возможность провести сравнение при добавлении 25 % воды к Me2SO,
хотя известно, что увеличение содержания воды приводит к существен-
ному уменьшению констант ассоциации [8]. Ранее показана конкурен-
ция карбоксилат-иона за образование водородных связей в паре гуано-
зина с цитидином в растворе Me2SO : H2O ( 3 : 1 ) [8]. В аналогичных
условиях нами исследованы образование комплекса гуанозина и цити-
дина с О- и N-метилглицином и конкуренция метилированных произ-
водных глицина за Η-связи при образовании G—С-пары. Полученные
результаты представлены в табл. 2.
При добавлении О-метилглицина к цитидину наблюдается очень
сильное уширение H a - и Нб-протонов N4 — Н2-группы основания
(табл. 2) . В случае N-метилглицина происходит сдвиг в сторону сла-
бого поля на 0,032 м. д. сигнала Н а-протона, а т а к ж е более сильный
сдвиг в ту ж е сторону на 0,044 м. д. и уширение сигнала Нб-протона
цитозина. Эти данные свидетельствуют о более сильном взаимодействии
цитозина с О-метилглицином по сравнению с N-метилглицином, т. е. о
преимущественном вкладе в комплексообразование NH3
+-rpynnbi в со-
ответствии с рис. 2. Влияние иона хлора на цитозин сказывается толь-
ко на сдвиге сигнала Н а-протона (табл. 2) .
В случае гуанозина добавление N-метилглицина сопровождается
сильным сдвигом в сторону слабого поля на 0,13 м. д. сигнала N2 —
297 Б И О П О Л И М Е Р Ы И 1\ЛЕТ1\А. — 1987. — Т. 3, № G
Н2-группы гуанина и сильным уширением сигнала группы N l — Н . Эти
изменения существенно больше обусловленных О-метилглицином и
ионом хлора (табл. 2) . Полученные результаты подтверждают специ-
фическое комплексообразование карбоксилат-иона N-метилглицина с
Nl — H- и N2 — Ш-группами гуанина [6—8].
В случае О-метилглицина характер комплексообразования изменя-
ется. Сдвиг в сторону слабого поля сигнала N2 — Н2-группы гуанина
на 0,039 м. д. таков, как и обусловленный ионами хлора (табл. 2) . Не-
сколько больший сдвиг в сторону слабого поля сигнала Nl —Н-группы
гуанина, возможно, свидетельствует о ее участии в комплексообра-
зовании.
Т а б л и ц а 2
Химические сдвиги резонансов протонов гуанозина, цитидина и смеси гуанозина
и цитидина с О- и N-метилглицином (саркозином) и LiCl в растворе Me2SO-dG: H2O
(3: 1), м.д.
Chemical shifts of proton resonances of guanosine, cytidine and mixture of guanosine
and cytidine with O-methylglycine and N-methylglycine (sarcosine) in Me2SO-d6: H2O
(3 : 1) solutions, p.p.m.
N4—H2(C)
Образец N l - H ( G ) N2—H2(G)
H a H 6
С8—H С 6 - Н С 5 - Н
Guo
Guo+O-MeGly
Guo+N-MeGly
Guo+LiGl
Cyd
Cyd+O-MeGly
Cyd+N-MeGly
Cyd+LiCl
Guo-j-Cyd
Gu o-f-Cy d-f O-MeGly
G u o + C y d + N - M e G l y
10,955 6,522
11,00, 6,561
уширение
Сильное 6,652
уширение
10,982, 6,563
уширение
11,14 6,613
Сильное 6,630
уширение
Сильное 6,700
уширение
7,376 6,958
Сильное уширение
7,408 7,002,
уширение
7,410 6,958
7,418 7,064,
уширение
Сильное уширение
7,446 7,091
7.967 —
7,975 — _
7.968 — —
7,972 — —
— 7,880 5,791
— 7,892 5,793
— 7,881 5,794
— 7,882 5,796
7,968 7,894 5,803
7,979 7,908 5,808
7,971 7,898 5,808
П р и м е ч а н и е . T = 300 К. Внутренний эталон ТМС. Концентрации нуклеозидов
0,005 М, концентрации метилированных производных глицина и LiCl 0,133 М. Точ-
ность определения химических сдвигов ±0,005 м.д.
При образовании G—С-пары в спектрах гуанозина и цитидина про-
исходят следующие изменения: сдвиг в сторону слабого поля сигналов
N l — Η - п р о т о н а гуанина на 0,14 м. д., N2 — Н2-группы гуанина — на
0,09 ι.:, д., уширение и сдвиг резонансов Нб- и На-протонов цитозина на
0,11 и 0,035 м. д. соответственно. Эти результаты показывают образова-
ние водородных связей в паре гуанина с цитозином при участии Nl —
H- и N2 — Н2-групп гуанина и Нб-протона N4 — Н2-группы цитозина,
что согласуется с данными работы [8].
При добавлении О-метилглицина к G—С-паре нуклеозидов происхо-
дит следующее: сильное уширение сигналов протонов от N4 — Н-груп-
пы цитозина; небольшой сдвиг в сторону слабого поля сигнала N2 —
Н2-группы и С8 — Η-протона гуанина, а также сдвиг в сторону слабого
поля сигнала С6 — Η-протона цитозина (N2 — Н 2 > С 6 — Н > С 8 — Н ) .
Изменения же в спектрах комплекса гуанозина с цитидином под влияни-
ем N-метилглицина имеют существенно другой характер. Сигнал ами-
ногруппы гуанина сдвигается в сторону слабого поля на ~ 0 , 0 7 м. д.,
а сигналы H a - и Нб-протонов аминогруппы цитозина — на 0,03 м. д. в
ту ж е сторону.
298 Б И О П О Л И М Е Р Ы И 1\ЛЕТ1\А. — 1987. — Т. 3, № G
В работе [8] обнаружено, что карбоксилат-ион, разрушая G — C-
пару за счет образования Η-связей с N l — Н и N2 — Н2-группами гуа-
нина, приводит к сдвигу сигнала N2 — Н2-группы гуанина в сторону
слабого поля, а сигнала Нб-протона N4 — Н2-группы цитидина — в сто-
рону сильного поля.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о конкуренции
метилпроизводных глицина за водородную связь в паре G — С: О-ме-
тилглпцин связывается с цитозином, а N-метилглицин — с гуанином.
Т а б л и ц а 3
Химические сдвиги резонансов протонов оснований цитидина, CMP и GMP и их смеси
с глицином в воде, м.д.
Chemical shifts of proton resonances of cytidine, GMP and CMP and their mixture with
glycine in water, p.p.m.
Образец
Протон N4—H2(C)
Образец
C 8 - H С б - Н C5—H N2—H2(G) Ha H6
Cyd _ 7,854 5,885 7,263 6,776
Cyd+Gly — 7,853 5,886 — 7,269 6,792
Cyd+GMP 8,200 7,800 5,885 6,431 7,241 6,814
C y d + G M P + G l y 8,196 7,799 5,885 6,451 7,247 6,817
GMP 8,209 — — 6,356 — —
G M P + G l y 8,204 — — 6,380 — —
CMP — . 8,126 5,998 — 7,278 6,728
CMP+Gly — 8,118 5,993 — 7,283 6,748
G M P + C M P 8,206 8,093 5,978 6,424 7,255 6,739
G M P + C M P + G l y 8,205 8,090 5,979 6,440 7,264 6,755
П р и м е ч а н и е . T = 275 К. Внутренний эталон DS-Na. Концентрации цитидина и
нуклсотидов 0,1 М. Концентрация глицина 0,2 М. Точность определения химических
сдвигов ±0,005 м.д.
В з а и м о д е й с т в и е г л и ц и н а с ц и т и д и н о м , C M P и
G M P в в о д е . В этом разделе предпринята попытка обнаружить вза-
имодействие в воде глицина с цитидином, CMP и G M P и его конкурен-
цию за образование Η-связей с G—С-парой оснований. К сожалению,
низкая растворимость гуанозина в воде не позволяет использовать его
для этих целей. Кроме того, обнаружение водородных связей между
основаниями нуклеотидов усложняется из-за связывания аминогрупп с
фосфатами [14] и самоассоциации G M P [11, 15]. Однако в литературе
имеются указания на возможность обнаружения таких Η-связей в воде
в концентрированных растворах и при низких температурах для G—•
С-пар, образуемых нуклеотидами [8, 16] и динуклеозидмонофосфатами
[17, 18]. Самоассоциация G M P минимальна при использовании литие-
вой соли нуклеотида [15], которую мы использовали в данной работе.
В воде в присутствии глицина происходит сдвиг в сторону слабого
поля сигнала N2 — Н2-группы гуанина в G M P на 0,024 м. д. и Нб-про-
тона N4 — Н2-группы цитозина в цитидине и CMP на 0,016 и 0,02 м. д.
соответственно, тогда как изменение сигнала Н а-протона незначитель-
но (табл. 3) .
Такие изменения спектров П М Р свидетельствуют о взаимодействии
глицина с основаниями в воде. Спектры смесей G M P с цитидином и
C M P в воде характеризуются смещением в сторону сильного поля сиг-
налов протонов цитозина С6 — Н, С5 — H и N4 — H a (табл. 3) . При
этом сигналы от аминогруппы гуанина и протона цитозина N4 — Нб
значительно сдвигаются в сторону слабых полей. Сигнал протона гуа-
нина С8 — H слегка сдвинут в сторону сильных полей. Полученные дан-
ные указывают на возможное наличие в водных растворах ассоциатов
гуанина с цитозином как посредством Η-связей, так и по типу стэкинга.
При добавлении глицина к комплексам G M P с цитидином и CMP сиг-
нал протонов аминогруппы гуанина совершает дополнительный сдвиг
Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. — 1987. — Т. 3, Λ° G 2 * 2 9 9
в сторону слабого поля, незначительно сдвигаются в ту ж е сторону сиг-
налы протонов аминогруппы цитозина, а сигналы протонов цитозина
С6 — H и С5 — Н, а т акже протона гуанина С8 — H остаются на месте.
По-видимому, глицин оказывает влияние на водородносвязанные комп-
лексы G M P с CMP и цитидином, конкурентно разрушая G — С-пары
и не затрагивая стопкообразные ассоциаты.
Таким образом, совокупность полученных данных показывает спе-
цифическое взаимодействие карбоксилат- и амино-ионов глицина с гуа-
нином и цитозином. Эти результаты подтверждают вывод о том, что
влияние глицина на характер плавления Д Н К [3, 4] может быть обус-
ловлено прямым взаимодействием глицина с гуанином и цитозином в
односпиральных участках Д Н К . Как элементы структуры белка амино-
и карбоксилат-ионы могут принимать участие в образовании нуклео-
протеидных комплексов и белково-нуклеиновом узнавании. Возможное
дестабилизирующее действие карбоксилат- и амино-ионов на G — C-
пары Д Н К может играть определенную роль также при функциониро-
вании белков, расплетающих двойную спираль Д Н К .
Авторы выражают благодарность М. С. Окону за помощь в снятии
ряда спектров ЯМР.
SPECIFICITY OF INTERACTION OF GLYCINE
AND ITS METHYL DERIVATIVES WITH NUCLEIC ACID BASE
FROM NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE DATA
V. I. Bruskov, V. P. Kutyshenko
Institute of Biological Physics,
Academy of Sciences of the USSR, Pushchino, Moscow Region
S u m m a r y
Interaction of glycine and its O- and N-methyl derivatives with nucleic acid bases have
been investigated by the NMR method. O-methylglycine selectively interacts with cytosi-
ne and guanine in dimethylsulphoxide (DMSO) solution. Cytosine forms a complex
where N H + - g r o u p of O-methylglycine specifically interacts with 0 2 and N3 atoms with
simultaneous formation of hydrogen bonding between carbonyl group and NH2-group
of cytosine. For guanine the complex formation is, probably, due to interaction of NH+
group with 06, N7 atoms and hydrogen bonding of carbonyl group with Nl-Η-group. The
methylglycine derivatives form complexes with cytosine and guanine and compete for
hydrogen bonds formation in guanine-cytosine pairs in DMSO: H2O (3 : 1) solutions.
But O-methylglycine forms a complex preferably with cytosine, whereas N-methylglyci-
ne — with guanine. The data obtained indicate the interaction of glycine with cytidine,
CMP and GMP in water.
1. Helene C., Maurizot J. C. Interactions of oligopeptides with nucleic a c i d s / / C R C
Crit. Rev. Biochem.— 1981,— 10, N 3.— P. 213—258.
2. Helene C., Lancelot G. Interaction between functional groups in protein-nucleic acid
association / / Progr. Biophys. and Мої. Biol.— 1982.—39, N 1.—P. 1—68.
3. Смольянинова Т. И., Брусков В. И., Кашпарова Е. В. Модельные исследования
ДНК-белковых взаимодействий. 1. Влияние аминокарбоксильной и амидной групп
аминокислот на термостабильность и конформацию Д Н К / / Молекуляр. биология.—
1985.— 19, JVb 4.— С. 992—1000.
4. Смольянинова Т. И., Брусков В. И. О механизме взаимодействия глицина с Д Н К
по данным спектрофотометрического термического плавления и кругового дихроиз-
м а / / Т е з . докл. V Всесоюз. конф. по спектроскопии биополимеров.— Харьков,
1984.—С. 213—215.
5. Bruskou V. /. Specificity of interaction of nucleic acid bases with hydrogen bond
forming amino acids / / Stud, biophys.— 1978.— 67, N 1.— P. 43—44.
6. Брусков В. И., Бушуев В. Η. Исследование методом протонного магнитного ре-
зонанса комплексообразования между нуклеозидами и соединениями, моделирую-
щими аминокислотные остатки белков, в диметилсульфоксиде / / Биофизика.—
1977.—22, № 1.—С. 26—31.
7. Lancelot G., Iielene С. Selective recognition of nucleic acids by proteins: The speci-
ficity of guanine interaction with carboxylate ions / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—
1977.—74, N 11.—P. 2872—2875.
3 0 0 Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. — 1987. — Τ. 3, 6
8. Lancelot G. Mayer R. The specific interactions of guanine with carboxylate ions in
w a t e r / / F E B S Lett.— 1981.— 130, N 1.—P. 7—11.
9. Гримитейн Дою., Виниц Μ. Химия аминокислот и пептидов.— М. : Мир, 1965.— 425 с.
10. Plaush А. СSharp R. R. Ion binding to nucleosides. A 35Cl and 7Li NMR s t u d y / /
J. Amor. Chem. S o c . - 1976,—98, N 25,— P. 7973—7980.
11. Rendell M. S., Harlos J. P., Rein R. Specificity in the genetic code: The role of nucleo-
tide base — amino acid in teract ion/ /Biopolymcrs .— 1971.— 10, N 11.— P. 1083—
1094.
12. Гулы не β А. П., Самойленко С. Α., Жолтовский Η. В. Спектроскопическое изучение
взаимодействии между нуклеотидными основаниями и эфирами аминокислот в ди-
метилсульфоксиде / / Молекуляр. биология.— 1981.— 15, № 6 . — С. 1295—1302.
13. Neurohr К. J., Mantsch Η. Н. A proton NMR study of the intermolecular association
of naturally occurring nucleotides in aqueous s o l u t i o n / / C a n . J. Spectrosc.— 1980.—
25, N 4.— P. 106—109.
14. Raszka M. Mononucleotides in aqueous solution: Proton magnetic resonance study
of amino groups / /Biochemis t ry .— 1974.— 13, N 22.—P. 4616—4622.
15. Alkali metal ion specificity in the solution ordering of a nucleotide 5 ' -guanosine mo-
nophosphate / T. J. Pinnavaia, C. L. Marshall, C. M. Mettler et a l . / / J . Amcr. Chem.
S o c . - 1978,— 100, N 11.— P. 3625—3629.
16. Raszka M., Kaplan N. O. Association by hydrogen bonding of mononucleotides in
aqueous s o l u t i o n / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1972.— 69, N 8 ,—P. 2025—2029.
17. Young Μ. A., Krugh T. R. Proton magnetic resonance studies of double helical oligo-
nucleotides. The effect of base sequence on the stability of deoxydinucleotide dimers / /
Biochemistry.— 1975.— 14, N 22.— P. 4841—4847.
18. Krugh T. R., Laing J. W., Young M. A. Hydrogen-bonded complexes of the ribodinu-
cleoside monophosphates in aqueous solution. Proton magnetic resonance studies / /
Ibid.— 1976.— 15, N 6.— P. 1224—1228.
Ин-т биол. физики АН СССР, Пущино Моск. обл. Получено 08.04.86
БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. — 1987. — Т. 3, № 6 4 - 7-539 3 0 1
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-155132 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7657 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:38:47Z |
| publishDate | 1987 |
| publisher | Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Брусков, В.И. Кутышенко, В.П. 2019-06-16T09:31:54Z 2019-06-16T09:31:54Z 1987 Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса / В.И. Брусков, В.П. Кутышенко // Биополимеры и клетка. — 1987. — Т. 3, № 6. — С. 294-301. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.000200 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155132 577.2 Методом ЯМР исследовано взаимодействие глицина и его метилированных аналогов с основаниями нуклеиновых кислот. Показано специфическое взаимодействие О-метилглицина с цитозином и гуанином с образованием Н-связей в диметилсульфоксиде (Me₂SO). Взаимодействие О- и N- метиловых производных глицина с гуанином и цитозином приводит к конкуренции за образование Н-связей в G–С-парах в смеси Me₂SO : Н₂O (3:1). Получены данные, указывающие на взаимодействие глицина с цитидином, СМР и GMP в воде. Методом ЯМР досліджено взаємодію гліцину і його метильованих аналогів з основами нуклеїнових кислот. Показано специфічну взаємодію О-метилгліцину з цитозином і гуаніном з утворенням Н-зв’язків у диметилсульфоксиді (Me₂SO). Взаємодія О- та N-метилових похідних гліцину з гуаніном і цитозином призводить до конкуренції за утворення Н-зв’язків у G-С-парах в суміші Me₂SO: Н₂O (3:1). Отримано дані, що вказують на взаємодію гліцину з цитидину, СМР і GMP у воді. Interaction of glycine and its O- and N-methyl derivatives with nucleic acid bases have been investigated by the NMR method. O-methylglycine selectively interacts with cytosine and guanine in dirnethylsulphoxide (DMSO) solution. Cytosine forms a complex where NH⁺₃-group of O-methylglycine specifically interacts with O2 and N3 atoms with simultaneous formation of hydrogen bonding between carbonyl group and NH₂-group of cytosine. For guanine the complex formation is, probably, due to interaction of NH⁺ group with O6, N7 atoms and hydrogen bonding of carbonyl group with Nl-H-group. The methylglycine derivatives form complexes with cytosine and guanine and compete for hydrogen bonds formation in guanine-cytosine pairs in DMSO: H₂O (3:1) solutions. But O-methylglycine forms a complex preferably with cytosine, whereas N-methylglycine — with guanine. The data obtained indicate the interaction of glycine with cytidine, CMP and GMP in water. Авторы выражают благодарность М. С. Окону за помощь в снятии ряда спектров ЯМР. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Биополимеры и клетка Структура и функции биополимеров Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса Специфічність взаємодії гліцину і його метильованих похідних з основами нуклеїнових кислот за даними ядерного магнітного резонансу Specificity of interaction of qlycine and its methyl derivatives with nucleic acid base from nuclear magnetic resonance data Article published earlier |
| spellingShingle | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса Брусков, В.И. Кутышенко, В.П. Структура и функции биополимеров |
| title | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса |
| title_alt | Специфічність взаємодії гліцину і його метильованих похідних з основами нуклеїнових кислот за даними ядерного магнітного резонансу Specificity of interaction of qlycine and its methyl derivatives with nucleic acid base from nuclear magnetic resonance data |
| title_full | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса |
| title_fullStr | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса |
| title_full_unstemmed | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса |
| title_short | Специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса |
| title_sort | специфичность взаимодействия глицина и его метилированных производных с основаниями нуклеиновых кислот по данным ядерного магнитного резонанса |
| topic | Структура и функции биополимеров |
| topic_facet | Структура и функции биополимеров |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155132 |
| work_keys_str_mv | AT bruskovvi specifičnostʹvzaimodeistviâglicinaiegometilirovannyhproizvodnyhsosnovaniâminukleinovyhkislotpodannymâdernogomagnitnogorezonansa AT kutyšenkovp specifičnostʹvzaimodeistviâglicinaiegometilirovannyhproizvodnyhsosnovaniâminukleinovyhkislotpodannymâdernogomagnitnogorezonansa AT bruskovvi specifíčnístʹvzaêmodííglícinuíiogometilʹovanihpohídnihzosnovaminukleínovihkislotzadanimiâdernogomagnítnogorezonansu AT kutyšenkovp specifíčnístʹvzaêmodííglícinuíiogometilʹovanihpohídnihzosnovaminukleínovihkislotzadanimiâdernogomagnítnogorezonansu AT bruskovvi specificityofinteractionofqlycineanditsmethylderivativeswithnucleicacidbasefromnuclearmagneticresonancedata AT kutyšenkovp specificityofinteractionofqlycineanditsmethylderivativeswithnucleicacidbasefromnuclearmagneticresonancedata |