Термодинамика комплексообразования ароматического лиганда с одноцепочечной последовательностью и петлей шпилечной структуры одинакового нуклеотидного состава

Abstract

На основе данных 1Н ЯМР спектроскопии (500/600 МГц) проведен сравнительный анализ термодинамических параметров взаимодействия фенантридинового красителя бромистого этидия (ЕВ) с дезоксигептануклеотидом d(GpCpGpApApCpC), способным образовывать в растворе шпилечную структуру, и одноцепочечным дезокситетрануклеотидом d(GpApApG), входящим в качестве составного элемента в структуру гептамера. Термодинамические параметры комплек­сообразования ЕВ с олигонуклеотидами были рассчитаны с использованием экспериментальных температурных зависимостей химических сдвигов протонов и модели динамического равновесия между различными конфирмационными формами олигомеров в растворе. В частности, в случае гептамера рассматривали образование мономерной, шпилечной и димерной форм в водном растворе. Расчетные значения энтальпии комплексообразования ЕВ с одноцепочечным тетрануклеотидом d(GAAG) в пределах погрешности совпадают с ΔH образования комплекса красителя с петлей шпильки d(GAA). Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что одноцепочечные несамокомплементарные олигонуклеотиды одинакового нуклеотидного состава с петлей шпильки могут быть использованы в качестве модельных систем для исследования комплексообразования ароматических лигандов со шпилечными структурами в растворе

Comparative analysis of the thermodynamical parameters of interaction of phenanthridine dye, ethidium bromide (EB) with deoxyheptanucleotide d(GpCpGpApApGpC), capable to form a hairpin structure, and a single-stranded deoxytetranucleotide d(GpApApG), being a component element of the heptamer sequence, has been made using 1NMR spectroscopy (500/600 MHz). Thermodynamical parameters (ΔH, DS) of complexation of EB with oligonucleotides have been calculated from the experimental temperature dependences of proton chemical shifts using a model of dynamic equilibrium between different conformational states of oligomers in solution. For example, monomer, hairpin and dimer forms have been considered as the heptamer conformational states in aqueous solution. The calculated enthalpy of complexation of EB with single-stranded tetranucleotide d(GAAG) is similar, within the error limits, to the value of complex formation between the dye molecule and the hairpin loop d(GAA). Analysis of the results obtained enables to conclude that single-stranded non-self-complementery oligonucleotides of the same nucleotide content as in the hairpin loop may be used as model systems for the investigation of complexation of aromatic ligands with hairpin structures in solution.

На основі даних 1Н ЯМР спектроскопії (5001600 МГц) здійснено порівняльний аналіз термодинамічних параметрів взає­модії фенантридинового барвника бромистого етидію (BE) з дезоксигептануклеотидом d(GpCpGpApApGpC), здатним фор­мувати в розчині шпилькову структуру, та одноланцюговим дезокситетрануклеотидом d(GpApApG), який є складовим елементом структури гептамеру. Термодинамічні параметри комплексоутворення БЕ з олігонуклеотидами розраховували з використанням експериментальних температурних залежно­ стей хімічних зсувів протонів і моделі динамічної рівноваги між різними конформаційними формами олігомерів у розчині. Зокрема, у випадку гептамеру розглянуто утворення мономерної, шпилькової і димерної форм у водному розчині. Розра­хункові значення ентальпії комплексоутворення БЕ з однолан­цюговим тетрануклеотидом d(GAAG) у межах похибок збі­гаються з ΔН формування комплексу барвника з петлею шпильки d(GAA). Аналіз отриманих результатів дозволяє зробити висновок стосовно того, що одноланцюгові несамокомплементарні олігонуклеотиди однакового нуклеотидного складу з петлею шпильки можуть бути використані як мо­дельні системи для дослідження комплексоутворення арома­тичних лігандів із шпильковими структурами у розчині.