Структурний і термодинамічний аналіз комплексоутворення йодистого пропідію з дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) у водному розчині методом 1Н-ЯМР спектроскопії
DOI:
https://doi.org/10.7124/bc.0005C6Анотація
У роботі досліджено взаємодію барвника фенантридинового ряду йодистого пропідію з самокомплементарним дезокси- тетрарибонуклеозидтрифосфатом 5'-d(TpGpCpA) у водно-сольовому розчині методом одномірної і двовимірної 1Н-ЯМР спектроскопії (500 МГц). Виміряно концентраційні і температурні залежності протонних хімічних зсувів взаємодіючих молекул. Розглянуто різні моделі утворення комплексів молекул барвника з тетрануклеотидом, розраховано рівноважні константи, вільної енергії AG, энтальпй АН і энтропй AS реакцій утворення комплексів складу 1:1, 2:1, 1:2 и 2:2. Виявлено особливості динамічної рівноваги комплексів різного типу в залежності від співвідношення концентрацій барвника і тетрануклеотиду та температури. Зроблено висновок стосовно переважаючої інтеркаляції пропідію в піримідин-пуринові d(T-G)- и d(C-A)-caumu тетрануклеотиду. На основі розрахованих значень індукованих хімічних зсувів для протонів барвника і даних 2M-NOESY визначено найвірогідніші просторові структури 1:2 и 2:2 комплексів пропідію з тетрануклеотидом. Проведено порівняльний аналіз параметрів комплексоутворення фенантридиновых барвників йодистого пропідію і бромистого зтидію, а також акридинового барвника профлавіну з дезокситетрануклеотидом d(TGCA) за ідентичних умов розчинника.Посилання
Gale EE, Cundliffe E, Reynolds PE, Richmond MN, Waring MJ. The molecular basis of antibiotic action. London: John Wiley, 1981. 500 p.
Neidle S, Pearl LH, Skelly JV. DNA structure and perturbation by drug binding. Biochem J. 1987;243(1):1-13.
Blackburn GM, Gait JM. Nucleic acids in chemistry and biology. Oxford; New-York; Tokyo: Oxford Univ. press, 1990: 297-336.
Feigon J, Leupin W, Denny WA, Kearns DR. Binding of ethidium derivatives to natural DNA: a 300 MHz 1H NMR study. Nucleic Acids Res. 1982;10(2):749-62.
Bailey SA, Graves DE, Rill R, Marsch G. Influence of DNA base sequence on the binding energetics of actinomycin D. Biochemistry. 1993;32(22):5881-7.
Bailey SA, Graves DE, Rill R. Binding of actinomycin D to the T(G)nT motif of double-stranded DNA: determination of the guanine requirement in nonclassical, non-GpC binding sites. Biochemistry. 1994;33(38):11493-500.
Davies DB, Karawajew L, Veselkov AN. 1H-NMR structural analysis of ethidium bromide complexation with self-complementary deoxytetranucleotides 5'-d(ApCpGpT), 5'-d(ApGpCpT), and 5'-d(TpGpCpA) in aqueous solution. Biopolymers. 1996;38(6):745-57.
Davies DB, Veselkov AN. Structural and thermodynamical analysis of molecular complexation by 1H NMR spectroscopy: Intercalation of ethidium bromide with the isomeric deoxytetranucleoside triphosphates 5'-d(GpCpGpC) and 5'-d(CpGpCpG) in aqueous solution. J Chem Soc Faraday Transactions. 1996; 92 (19):3545-57.
Hopkins HP Jr, Fumero J, Wilson WD. Temperature dependence of enthalpy changes for ethidium and propidium binding to DNA: effect of alkylamine chains. Biopolymers. 1990;29(2):449-59.
Marky LA, Macgregor RB Jr. Hydration of dA.dT polymers: role of water in the thermodynamics of ethidium and propidium intercalation. Biochemistry. 1990;29(20):4805-11.
Veselkov AN, Zavyalova OS, Djimant LN, Davies D. [Analysis of complexation of ethidium bromide with self-complementary deoxyriboanucleotide 5'-d(TGCA) by the 1H-NMR] Zh Fiz Khim. 1996; 70(9):1617-24.
Eaton RA, Veselkov DA, Djimant LN, Baranovsky SF, Osetrov SG, Davies DB, Veselkov AN. 1H-NMR investigation of coraplexation of acridine dye proflavine with deoxytetraribonucleoside triphosphate 5'-d(TpGpCpA) in aqueous solution. Biopolym Cell. 1998; 14(2):117-26.
Patel DJ, Canuel LL. Netropsin-poly(dA-dT) complex in solution: structure and dynamics of antibiotic-free base pair regions and those centered on bound netropsin. Proc Natl Acad Sci U S A. 1977;74(12):5207-11.
Veselkov AN, Djimant LN, Kodinzec VV, Lisutin VA, Parkes H, Davies D. 1H-NMR investigation of deoxytetranucleoside triphosphates D(TpGpCpA) self-association in aqueous solution. Biofizika. 1995; 40(2):283-92.
Davies DB, Veselkov DA, Veselkov AN. Structure and thermodynamics of the hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution determined by NMR spectroscopy. Mol Phys. 1999;97(3):439–51.
Veselkov AN, Djimant LN, Karawajew L, Kulikov EL. Investigation of the aggregation of acridine dyes in aqueous solution by proton NMR. Stud Biophys. 1985;106(3):171-80.
Nelson JW, Tinoco I Jr. Intercalation of ethidium ion into DNA and RNA oligonucleotides. Biopolymers. 1984;23(2):213-33.
McGhee JD, von Hippel PH. Theoretical aspects of DNA-protein interactions: co-operative and non-co-operative binding of large ligands to a one-dimensional homogeneous lattice. J Mol Biol. 1974;86(2):469-89.
Veselkov AN, Zav’yalova OS, Djimant LN, Shipp D, Davies D. Analysis of Complex Formation between Phenanthridinium Dye Ethidium Bromide and Deoxytetranucleotide 5'-d(TpGpCpA) in an Aqueous Solution. Russian Journal of Physical Chemistry. 1997; 71(1):28-33.
Ross PD, Subramanian S. Thermodynamics of protein association reactions: forces contributing to stability. Biochemistry. 1981;20(11):3096-102.
Reinert KE. Anthracycline-binding induced DNA stiffening, bending and elongation; stereochemical implications from viscometric investigations. Nucleic Acids Res. 1983;11(10):3411-30.
Giessner-Prettre C, Pullman B. Quantum mechanical calculations of NMR chemical shifts in nucleic acids. Q Rev Biophys. 1987;20(3-4):113-72.
Poltev VI, Teplukhin AV. Conformational implications of some nucleotide sequences. Int J Quant Chem. 1989. 35(1):91-102.
Dickerson RE. Definitions and nomenclature of nucleic acid structure parameters. J Biomol Struct Dyn. 1989;6(4):627-34.
Jain SC, Tsai CC, Sobell HM. Visualization of drug-nucleic acid interactions at atomic resolution. II. Structure of an ethidium/dinucleoside monophosphate crystalline complex, ethidium:5-iodocytidylyl (3'-5') guanosine. J Mol Biol. 1977;114(3):317-31.
Lybrand T, Kollman P. Molecular mechanical calculations on the interaction of ethidium cation with double-helical DNA. Biopolymers. 1985;24(10):1863-79.
Chen K-X, Gresh N, Pullman B. A theoretical exploration of conformational aspects of ethidium bromide intercalation into a d(CpG)2 minihelix. Biopolymers. 1987;26(6):831–48.
Searle MS. NMR Studies of Drug—DNA interactions. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 1993;25(5):403–80.
