Biopolym. Cell. 2010; 26(5):390-397.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.00016E
Молекулярна біофізика
Застосування моделі рівноважного зв’язування до аналізу конформаційних переходів у комплексах poly(rA)poly(rU) з іонами металів
1Благой Ю. П., 1Єгупов С. О., 1Усенко Є. Л., 1Гладченко Г. О., 1Сорокін В. О.
  1. Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України
    Проспект Леніна, 47, Харків, Україна, 61103

Abstract

Роботу присвячено узагальненню отриманих раніше експериментальних результатів щодо впливу іонів металів (Mg2+, Ni2+ і Cd2+) на конформаційні переходи в poly(rA)poly(rU). Мета роботи полягала у з’ясуванні впливу типу комплексу іона металу з полінуклеотидом на вид фазового переходу і визначенні констант їхнього зв’язування (К) з полімерами різної структури. Методи. Величини К визначали підгонкою теоретично розрахованих значень температур переходів до експериментальних за методом найменших квадратів з мінімізацією середньоквадратичного відхилення методом градієнтного спуску в багатовимірному просторі. Результати. Розрахунки фазових діаграм за присутності іонів Mg2+ показали можливість одержання задовільних результатів при використанні постійних, незалежних від концентрації середніх значень констант. У разі Ni2+ і Cd2+ такі залежності мають бути враховані, особливо в межах великих концентрацій іонів, де відбувається компактизація однонитчастої poly(rA). Встановлено, що відмінність діаграм з Ni2+ і Cd2+ обумовлена значною різницею у їхніх константах зв’язування з poly(rA) та poly(rU). Висновки. Отримані результати свідчать про можливість успішного опису конформаційних переходів у полінуклеотидах за присутності іонів металів при використанні модельної теорії рівноважного зв’язування.
Keywords: фазові діаграми, конформаційні переходи, іони металів, poly(rA), poly(rU), poly (rA)poly(rU)
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Blagoi Yu. P., Sorokin V. A., Bozhko G. Kh., Valeev V. A., Khomenko S. A. Effect of sodium ions and polycation impurities on DNA heat denaturation. Stud. Biophys. 1977; 65, N 1:55–67.
[2] Blagoi Yu.P., Galkin V.L., Gladchenko G.O., Kornilova S.V., Sorokin V.A., Shkorbatov A.G. Metal complexes of nucleic acids in solutions Kiev: Naukova dumka, 1991 272 p .
[3] Sorokin V. A., Valeev V. A., Gladchenko G. O., Degtyar M. V., Blagoi Yu. P. Ni2+ ion effect on conformations of single-, doubleand three-stranded homopolynucleotides containing adenine and uracil. Macromol. Biosci 2001 1, N 5 P. 191–203.
[4] Sorokin V. A., Valeev V. A., Gladchenko G. O., Degtyar M. V., Karachevtsev V. A., Blagoi Yu. P. Mg2+ ion effect on the conformational equilibrium of polyUpolyApolyU and polyApolyU in aqueous solutions Int. J. Biol. Macromol 2003 31, N 4–5:223–233.
[5] Sorokin V. A., Valeev V. A., Gladchenko G. O., Degtyar M. V., Andrus E. A., Karachevtsev V.A., Blagoi Yu. P. Mg2+ and Ni2+ ion effect on stability and structure of triple polyIpolyApolyI helix Int. J. Biol. Macromol 2005 35, N 4:201–210.
[6] Sorokin V. A., Valeev V. A., Usenko E. L., Blagoi Yu. P. Effect of Cd2+ ions on conformational equilibrium of three-stranded polyUpolyApolyU polynucleotide under near-physiological conditions. Biopolym. Cell. 2007; 23, N 5:433–440.
[7] Sorokin V. A., Valeev V. A., Usenko E. L. Ni2+ ion effect on conformational equilibrium of polynucleotides: polyA, polyU, polyA and polyU under conditions close to physiological ones Biopolym. Cell. 2008; 24, N 2:158–170.
[8] Sorokin V. A., Valeev V. A., Usenko E. L., Andrus E. A., Blagoi Yu. P. The nature of different influence of Cd2+ ions on the conformational equilibrium of triple-stranded polyribonucleotides PolyUPolyAPolyU and PolyIPolyAPolyI in aqueous solutions. Biophysics 2007 52, N 6:545–556.
[9] Andrushchenko V., Blagoi Yu. P., van de Sande J. H., Wieser H. Poly(rA)poly(rU) with Ni2+ ions at different temperatures: infrared absorption and vibrational circular dichroism spectroscopy J. Biomol. Struct. Dynam 2002 19, N 5 P. 889–906.
[10] Blagoi Yu. P., Gladchenko G. O., Nafie L. A., Freedman T. B., Sorokin V. A., He Ya. 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, N 5–P. 275–286.
[11] Frank-Kamenetskii M. D. Consideration of helix-coil transition in homopolymers by the most probable distribution method Mol. Biol 1968 2, N 2:408–419.
[12] Frank-Kamenetskii M. D., Karapetyan A. T. To theory of melting of DNA complexes with low-molecular ligands. Mol. Biol (Mosk). 1972; 6, N 4:621–627.
[13] Lazurkin Yu. S., Frank-Kamenetskii M. D., Trifonov E. N. Melting of DNA: Its study and application as a research method Biopolymers 1970 9, N 11:1253–1306.
[14] Cantor C. R., Schimmel P. R. Biophysical Chemistry San Francisco: W. H. Freeman and Company, 1980 Part III 536 p.
[15] Stevens Ch. L., Fensenfeld G. The conversion of two-stranded poly(A+U) to three-stranded poly(A+2U) and polyA by heat. Biopolymers. 1964; 2, N 1:293–314.
[16] Krakauer H. A thermodynamic analysis of the influence of simple mono-and divalent cations on the conformational transitions of polynucleotide complexes Biochemistry 1974 13, N 12:2579–2589.
[17] Klump H. H. Energetics of order/order transition in nucleic acids Can. J. Chem 1988 66, N 4. P. 804–811.
[18] Vesnaver G., Breslauer K. J. The contribution of DNA single-stranded order to the thermodynamics of duplex formation Proc. Natl Acad. Sci. USA 1991 88, N 9:3569–3573.
[19] Wild D. D. Methods of searching for extremum (in Russia) Moscow: Nauka, 1967 268 p.
[20] Blagoi Yu. P., Egupov S. A., Usenko E. L., Sorokin V. A. Effects of different metal cations on conformational transitions in PolyrAPolyrU under concentration and temperature changes Los Alamos National Laboratory eprint ArXiv: 0904.4100 New Mexico, 2009.