Biopolym. Cell. 2007; 23(5):433-440.
Молекулярна біофізика
Вплив іонів Сd2+ на конформаційну рівновагу триланцюгового полінуклеотиду поліU·поліA·поліU за умов, близьких до фізіологічних
- Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України
Проспект Леніна, 47, Харків, Україна, 61103
Abstract
Методом диференційної УФ-спектроскопії вивчено вплив іонів Cd2+ на конформаційну рівновагу триланцюгового полінуклеотиду поліU·поліA·поліU (0,1 М Na+, pH 7). Показано, що ці іони не зв’язуються с гетероатомами азотистих основ поліA та поліU, що знаходяться у складі потрійної (A2U) та подвійної (AU) спіралей, та не змінюють їхньої конформації. Нагрівання A2U индукує два послідовних процеси: перший відповідає відділенню від A2U однієї нитки поліU, тобто реалізації переходу 3→2, другий – більш кооперативному плавленню AU, тобто переходу 2→1. Концентраційні залежності температур плавлення, які відповідають цим процесам, мають точку перетину (Tm=60 оС; [Cd2+] ≈ 3,5·10–4 M), при якій термостабільності A2U та AU стають однаковими. Теоретичними розрахунками концентраційних залежностей (Tm)3→2 показали, що результати досліду та теорії найкраще узгоджуються при ентальпії переходу ΔН3→2 = 5 ккалмоль–1триплет–1.
Keywords: іони металів, триланцюгові полінуклеотиди, конформаційні переходи
Повний текст: (PDF, російською) (PDF, англійською)
References
[1]
Moore JW, Ramamoorthy S. Heavy Metals in Natural Waters. Applied Monitoring and Impact Assessment. Springer-Verlag New York. 1984; 268 p
[2]
Durlach J, Bara M, Guiet-Bara A. Metal ions in biological systems. Eds H. Sigel, A. Sigel. New York: Marcel Dekker, 1990. Vol. 26. 243 p.
[3]
Hartwig A, Asmuss M, Ehleben I, Herzer U, Kostelac D, Pelzer A, et al. Interference by Toxic Metal Ions with DNA Repair Processes and Cell Cycle Control: Molecular Mechanisms. Environmental Health Perspectives. 2002;110(s5):797–9.
[4]
Hartwig A. Recent advances in metal carcinogenicity. Pure Appl Chem. 2000;72(6):1007-14.
[5]
Aoki K. Nucleosides, nucleotides and metal ions. Metalloproteins: Chemical properties and biological effects. Eds S. Otsuka, T. Yamanaka. Amsterdam etc.: Elsevier, 1988;457-4\90.
[6]
Sirover MA, Loeb LA. Infidelity of DNA synthesis in vitro: screening for potential metal mutagens or carcinogens. Science. 1976;194(4272):1434-6.
[7]
Andronikashvili EL. [Malignant transformation and changes in various physico-chemical properties of macromolecules and supramolecular structures. I. Nucleic acids]. Biofizika. 1987;32(5):782-99.
[8]
Mills M, V?lker J, Klump HH. Triple helical structures involving inosine: there is a penalty for promiscuity. Biochemistry. 1996;35(41):13338-44.
[9]
Field AK. Oligonucleotides as inhibitors of human immunodeficiency virus. Curr Opin Mol Ther. 1999;1(3):323-31.
[10]
Giovannang?li C, Roug?e M, Garestier T, Thuong NT, H?l?ne C. Triple-helix formation by oligonucleotides containing the three bases thymine, cytosine, and guanine. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992;89(18):8631-5.
[11]
Sorokin VA, Valeev VA, Gladchenko GO, Degtyar MV, Andrus EA, Karachevtsev VA, et al. Mg2+ and Ni2+ ion effect on stability and structure of triple poly I·poly A·poly I helix. Int J Biol Macromolecul. 2005;35(3-4):201–10.
[12]
Sorokin VA, Valeev VA, Gladchenko GO, Degtyar MV, Blagoi YuP. Ni2+ ion effect on conformations of single-, double-and three-stranded homopolynucleotides containing adenine and uracil. Macromol Biosci. 2001; 1(5): 191-203.
[13]
Lurie YuYu. Handbook of Analytical Chemistry. Moscow: Khimiya, 1971. 454.
[14]
Sigel H, Massoud SS, Corfu NA. Comparison of the Extent of Macrochelate Formation in Complexes of Divalent Metal Ions with Guanosine (GMP2-), Inosine (IMP2-), and Adenosine 5'-Monophosphate (AMP2-). The Crucial Role of N-7 Basicity in Metal Ion-Nucleic Base Recognition J Am Chem Soc. 1994; 116(7): 2958-71.
[15]
Hellert R, Bau R, Martin RB, Mariam JH. Nucleotides and derivatives: their ligating ambivalency. Metal ions in biological systems. Ed. H. Sigel. New York: Marcel Dekker, 1979. 8: 102-14.
[16]
Massoud SS, Sigel H. Metal ion coordinating properties of pyrimidine-nucleoside 5'-monophosphates (CMP, UMP, TMP) and of simple phosphate monoesters, including D-ribose 5'-monophosphate. Establishment of relations between complex stability and phosphate basicity. Inorg Chem. 1988; 27(8): 1447-53.
[17]
Kotowycz G. A Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Study of Binding of Copper(II) to Pyrimidine Nucleotides and Nucleosides. Can J Chem. 1974;52(6):924–9.
[18]
Blagoi Y, Gladchenko G, Nafie LA, Freedman TB, Sorokin V, Valeev V, He Y. Phase equilibrium in poly(rA).poly(rU) complexes with Cd2+ and Mg2+ ions, studied by ultraviolet, infrared, and vibrational circular dichroism spectroscopy. Biopolymers. 2005;78(5):275-86.
[19]
Andrushchenko V, Blagoi Y, van de Sande JH, Wieser H. Poly(rA) • Poly(rU) with Ni 2+ Ions at Different Temperatures: Infrared Absorption and Vibrational Circular Dichroism Spectroscopy . J Biomol Struct Dyn. 2002;19(5):889–906.
[20]
Rifkind JM, Shin YA, Heim JM, Eichhorn GL. Cooperative disordering of single-stranded polynucleotides through copper crosslinking. Biopolymers. 1976;15(10):1879-1902.
[21]
Yamada A, Akasaka K, Hatano H. Proton and phosphorus-31 magnetic relaxation studies on the interaction of polyriboadenylic acid with Mn2+. Biopolymers. 1976;15(7):1315-31.
[22]
Enmanji K. Proton, phosphorus and carbon nuclear magnetic relaxation studies on the interaction of poly(riboadenylic acid) with Cu2. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry . 1987;25(3):883–95.
[23]
Sorokin VA, Spol'nik AI, Karachevtsev VA. The interaction of single-walled carbon nanotubes with polynucleotides. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 2006; (3):68-73.
[24]
Kim S-H, Martin RB. Binding sites and stabilities of transition metal ions with nucleosides and related ligands. Inorg Chim Acta. 1984;91(1):19–24.
[25]
Krakauer H. A thermodynamic analysis of the influence of simple mono-and divalent cations on the conformational transitions of polynucleotide complexes. Biochemistry. 1974;13(12):2579-89.
[26]
Klump HH. Energetics of order/order transitions in nucleic acids. Can J Chem. 1988;66(4):804–11.
[27]
Krakauer H, Sturtevant JM. Heats of the helix-coil transitions of the poly A-poly U complexes. Biopolymers. 1968;6(4):491-512.
[28]
Karapetyan AT, Vardevanyan PO, Terzikyan GA, Frank-Kamenetskii MD. The effect of two types of binding of the ligands on the parameters of the DNA helix-coil transition. Biopolym Cell. 1989; 5(5):38-43.
[29]
Sorokin VA, Valeev VA, Gladchenko GO, Degtiar MV, Karachevtsev VA, Blagoi YP. Mg2+ ion effect on conformational equilibrium of poly A · 2 poly U and poly A poly U in aqueous solutions. Int J Biol Macromol. 2003;31(4-5):223–33.
[30]
Plum GE, Pilch DS, Singleton SF, Breslauer KJ. Nucleic acid hybridization: triplex stability and energetics. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 1995;24:319-50.
[31]
Blagoi YuP, Galkin VL, Gladchenko GO, Kornilova SV, Sorokin VA, Shkorbatov A.G. Metal complexes of nucleic acids in solutions Kiev: Naukova dumka, 1991 272 p
[32]
Porschke D. Cooperative nonenzymic base recognition II. thermodynamics of the helix-coil transition of oligoadenylic + oligouridylic acids. Biopolymers. 1971;10(10):1989–2013.
[33]
Kamiya M, Torigoe H, Shindo H, Sarai A. Temperature Dependence and Sequence Specificity of DNA Triplex Formation: An Analysis Using Isothermal Titration Calorimetry. J Am Chem Soc. 1996;118(19):4532–8.
[34]
Blagoi YuP, Zozulya VN, Egupov SA, Ryazanova OA, Shcherbakova AS. Thermodynamic analysis of 32 transition in oligonucleotide triple-helix complexes dAn-2dTm. Biofiz Visn. 2002; 10: 5-10.
[35]
Hynes MJ, Diebler H. The binding of Ni2+ to adenylyl-3',5'-adenosine and to poly(adenylic acid). Biophys Chem. 1982;16(1):79-88.
