Biopolym. Cell. 2000; 16(6):495-504.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.00058F
Структура та функції біополімерів
Конформаційні переходи полі (С) і полі(dC): дослідження методом протонної буферної ємності
1Зарудна М. І., 1Потягайло А. Л., 1Говорун Д. М.
  1. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680

Abstract

На основі літературних даних розраховано криві протонної буферної ємності полі(С) (при 0,1 М Na+ ) та полі(йС) (при 0,05 М Na+ ) і розкладено їх на базисні функції, які від­повідають іонізації атомних груп з однаковими значеннями рК. Виявлено, що крива протонної буферної ємності полі(С) має чотири піки – два вузьких і два широких. Перший вузький пік (рК-5,6 ) ототожнено з кооперативним процесом утво­рення подвійних спіралей, спричиненим протонуванням атома азоту N3 нуклеотидних основ. Другий вузький пік (рК-2,9) віднесено до кооперативного розпаду цих спіралей. Перший з широких піків (рК-5,3) відповідає некооперативному прото­чуванню подвійних спіралей полі(С) на атомах азоту N3 цитидинових основ, які частково експоновані в розчин, другий (рК- 3,1) – віднесено до некооперативного протонування атома кисню електронейтральних цитидинових основ з цис-орієнтацією приєднаного протона відносно глікозидного зв'яз­ку. Ця реакція знижує термодинамичну стабільність подвійної спіралі полі(С), призводячи врешті-решт до її дисоціації. Обговорюються також конформаційні переходи полі(сіС), спричинені його протонуванням.
Повний текст: (PDF, російською)

References

[1] Zarudna MI, Hovorun DM. Self-associated homopolymer tracts of cellular RNAs: physical mechanisms of formation and function. Physics of the Alive. 1999; 7(2): 38-52.
[2] Saenger W. Principles of nucleic acid structure. New York: Springer, 1984; 556 p.
[3] Samijlenko SP, Kolomiets IM, Kondratyuk IV, Stepanyugin AV. Model considerations on physico-chemical nature of protein-nucleic acid contacts through amino acid carboxylic groups: spectroscopic data. Biopolym Cell. 1998;14(1):47-53.
[4] Takenaka A, Sasada Y. Elementary patterns in protein-nucleic acid interactions. III. Crystal structure of adenine:phthalic acid (3:1) complex hexahydrate. Bull Chem Soc Jpn. 1982;55(3):680–6.
[5] Fujita S, Takenaka A, Sasada Y. Crystal structure of adenine-1-(2-carboxyethyl)uracil (1:1) complex. A model for interactions of amino acid side chains with nucleic acid base pair. Bull Chem Soc Jpn. 1983;56(8):2234–7.
[6] Hartman KA, McDonald-Ordzie PE, Kaper JM, Prescott B, Thomas GJ Jr. Studies of virus structure by laser-Raman spectroscopy. Turnip yellow mosaic virus and capsids. Biochemistry. 1978;17(11):2118-23.
[7] Prescott B, Sitaraman K, Argos P, Thomas GJ Jr. Protein-RNA interactions in belladonna mottle virus investigated by laser Raman spectroscopy. Biochemistry. 1985;24(5):1226-31.
[8] Hellendoorn K, Michiels PJ, Buitenhuis R, Pleij CW. Protonatable hairpins are conserved in the 5'-untranslated region of tymovirus RNAs. Nucleic Acids Res. 1996;24(24):4910-7.
[9] Fundamental Virology. Eds Fields BN, Knipe DM. Raven press. New York 1986.
[10] Martin LR, Duke GM, Osorio JE, Hall DJ, Palmenberg AC. Mutational analysis of the mengovirus poly(C) tract and surrounding heteropolymeric sequences. J Virol. 1996;70(3):2027-31.
[11] Antao VP, Gray DM. CD spectral comparisons of the acid-induced structures of poly[d(A)], poly[r(A)], poly[d(C)], and poly[r(C)]. J Biomol Struct Dyn. 1993;10(5):819-39.
[12] Zarudnaia MI. [Study of conformational transitions in poly(A) using the buffer capacity method]. Mol Biol (Mosk). 1998;32(3):508-14.
[13] Zarudnaya M. I. Double helical forms of poly (A): possible involvement in biological processes. Biopolym Cell. 1999; 15(3):195-9.
[14] Holcomb DN, Timasheff SN. Temperature dependence of the hydrogen ion equilibria in poly(riboadenylic acid). Biopolymers. 1968;6(4):513-29.
[15] Akinrimisi EO, Sander C, Ts'o PO. Properties of helical polycytidylic acid. Biochemistry. 1963;2:340-4.
[16] Hartman KA Jr, Rich A. The tautomeric form of helical polyribocytidylic acid. J Am Chem Soc. 1965;87:2033-9.
[17] Guschlbauer W. Protonated polynucleotide structures. I. The thermal denaturation of polycytidylic acid in acid solution. Proc Natl Acad Sci U S A. 1967;57(5):1441-8.
[18] Klymp H. A calorimetric study of the helix-coil transition of poly(cytidylic acid) in acid solution. Biochim Biophys Acta. 1975;383(1):1-8.
[19] Chou CH, Thomas GJ Jr. Raman spectral studies of nucleic acids. XVI. Structures of polyribocytidylic acid in aqueous solution. Biopolymers. 1977;16(4):765-89.
[20] Langridge R, Rich A. Molecular structure of helical polycytidylic acid. Nature. 1963;198:725-8.
[21] Suleimanova RS, Apolonnik NV, Kuznetsov IA. Acid-basic properties of isoionic solutions of polyribocytidylic acids. Biofizika. 1987; 32(3):413-6.
[22] Apolonnik NV, Suleimanova RS, Kuznetsov IA. Conductometric corrobaration of the existence of completely protonated double helix of polyribocytidylic acid. Mol Biol (Mosk). 1987. 21(2):428-33.
[23] Opanasenko VK, Gerts SM, Makarov AD. [Buffer capacity of polyproton substances]. Biokhimiia. 1978;43(8):1357-68.
[24] Sukhorukov BI, Montrel' MM, Opanasenko VK, Zolotareva EK. [Study of DNA-interaction with protons of the medium by means of buffer capacity method]. Mol Biol (Mosk). 1983;17(5):1009-18.
[25] Zarudna MI, Hovorun DM. Structural transitions in poliadeniloviy acid: possible molecular mechanisms of the functioning of mRNA poly (A) tails. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 1998;(12):155-60.
[26] Opanasenko VK. A technique for assaying chloroplast buffer capacity and analysis of its dependence on the medium pH. Fiziologiia rasteniy. 1980; 27(1):195-202.
[27] Guschlbauer W, Blandin M, Drocourt JL, Thang MN. Poly-2'-deoxy-2'-fluoro-cytidylic acid: enzymatic synthesis, spectroscopic characterization and interaction with poly-inosinic acid. Nucleic Acids Res. 1977;4(6):1933-43.
[28] Thiele D, Guschlbauer W. [Protonated polynucleotides. VII. Thermal transitions between different complexes of polyinosinic acid and polycytidylic acid in an acid medium]. Biopolymers. 1969;8(3):361-78.
[29] Aronssohn G, Travers F. Electrostatic potential modulations on polynucleotides as a function of ionic content: potentiometric determinations. Nucleic Acids Res. 1976;3(5):1373-85.
[30] Sponer J, Leszczynski J, Hobza P. Hydrogen bonding and stacking of DNA bases: a review of quantum-chemical ab initio studies. J Biomol Struct Dyn. 1996;14(1):117-35.
[31] Mishchuk YaR. Study of physical and chemical nature of the elementary acts of protein-nucleic acid and nucleic-nucleic acid recognition in low-model systems: Author. Thesis. ... Kand biol nauk. Kyiv: IMBG NAS Ukraine, 1993 21 p.
[32] Hovorun DM, Kondratyuk IV. Gas-phase acid-alkaline properties of canonical nucleotide bases. Dopovidi Nats Akad Nauk Ukrainy. 1998; (1):207-12.
[33] Flori?n J, Baumruk V, Leszczy?ski J. IR and Raman spectra, tautomeric stabilities, and scaled quantum mechanical force fields of protonated cytosine . J Phys Chem. 1996;100(13):5578–89.
[34] Vo?tiuk AA, Blizniuk AA. [Effect of protonation of nucleic acid bases on the energy of formation of the Watson-Crick pairs]. Mol Biol (Mosk). 1988;22(4):1080-6.
[35] Zundel G. Proton polarizability of hydrogen bonds and proton transfer processes, their role in electrochemistry and biology. Munchen.: Inst Phys. Chem. der Univ., 1997-250 p.
[36] Sowers LC, Shaw BR, Veigl ML, Sedwick WD. DNA base modification: ionized base pairs and mutagenesis. Mutat Res. 1987;177(2):201-18.
[37] Wr?bel A, Rabczenko A, Shugar D. Conformation of acid forms of poly C: temperature and ionic strength dependence of protonation of cytidine and cytidine-5'-phosphate. Acta Biochim Pol. 1970;17(4):339-49.
[38] Green G, Mahler HR. Comparative study of polyribonucleotides in aqueous and glycol solutions. Biochemistry. 1970;9(2):368-87.
[39] O’Connor T, Scovell WM. pH-Dependent Raman spectra and thermal melting profiles for polycytidylic acid. Biopolymers. 1981;20(11):2351–67.
[40] Inman RB. Transitions of DNA homopolymers. J Mol Biol. 1964;9:624-37.
[41] Gehring K, Leroy JL, Gu?ron M. A tetrameric DNA structure with protonated cytosine.cytosine base pairs. Nature. 1993;363(6429):561-5.
[42] Gu?ron M, Leroy JL. The i-motif in nucleic acids. Curr Opin Struct Biol. 2000;10(3):326-31.
[43] Lacroix L, Mergny JL, Leroy JL, H?l?ne C. Inability of RNA to form the i-motif: implications for triplex formation. Biochemistry. 1996;35(26):8715-22.
[44] Collin D, Gehring K. Stability of Chimeric DNA/RNA cytosine tetrads: implications for i -motif formation by RNA. J Am Chem Soc. 1998;120(17):4069–72.
[45] Janik B, Sommer RG, Bobst AM. Polarography of polynucleotides. II. Conformations of poly(adenylic acid) at acidic pH. Biochim Biophys Acta. 1972;281(2):152-68.
[46] Zarudnaya MI, Zheltovsky NV. Affinity electrophoresis study on the interaction between homopolyribonucleotides and divalent lysine complex. Mol Biol (Mosk). 1992; 26(1):110-7.