Biopolym. Cell. 2001; 17(5):363-373.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.0005C6
Структура та функції біополімерів
Структурний і термодинамічний аналіз комплексоутворення йодистого пропідію з дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) у водному розчині методом 1Н-ЯМР спектроскопії
1, 2Веселков Д. О., 1Болотін П. О., 1Сігаєв В. О., 1Димант Л. Н., 2Девіс Д. Б., 1Веселков О. Н.
  1. Севастопольський національний технічний университет
    вул. Університетська, 33, Севастополь, Україна, 99053
  2. Беркбек колледж Лондонского университета
    Малет-стрит, Лондон WC1E 7НХ, Великобритания

Abstract

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.
Повний текст: (PDF, російською)

References

[1] Gale EE, Cundliffe E, Reynolds PE, Richmond MN, Waring MJ. The molecular basis of antibiotic action. Lon­don: John Wiley, 1981. 500 p.
[2] Neidle S, Pearl LH, Skelly JV. DNA structure and perturbation by drug binding. Biochem J. 1987;243(1):1-13.
[3] Blackburn GM, Gait JM. Nucleic acids in chemistry and biology. Oxford; New-York; Tokyo: Oxford Univ. press, 1990: 297-336.
[4] 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.
[5] 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.
[6] 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.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 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.
[10] 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.
[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.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
[15] 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.
[16] 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.
[17] Nelson JW, Tinoco I Jr. Intercalation of ethidium ion into DNA and RNA oligonucleotides. Biopolymers. 1984;23(2):213-33.
[18] 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.
[19] 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.
[20] Ross PD, Subramanian S. Thermodynamics of protein association reactions: forces contributing to stability. Biochemistry. 1981;20(11):3096-102.
[21] Reinert KE. Anthracycline-binding induced DNA stiffening, bending and elongation; stereochemical implications from viscometric investigations. Nucleic Acids Res. 1983;11(10):3411-30.
[22] Giessner-Prettre C, Pullman B. Quantum mechanical calculations of NMR chemical shifts in nucleic acids. Q Rev Biophys. 1987;20(3-4):113-72.
[23] Poltev VI, Teplukhin AV. Conformational implications of some nucleotide sequences. Int J Quant Chem. 1989. 35(1):91-102.
[24] Dickerson RE. Definitions and nomenclature of nucleic acid structure parameters. J Biomol Struct Dyn. 1989;6(4):627-34.
[25] 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.
[26] Lybrand T, Kollman P. Molecular mechanical calculations on the interaction of ethidium cation with double-helical DNA. Biopolymers. 1985;24(10):1863-79.
[27] 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.
[28] Searle MS. NMR Studies of Drug—DNA interactions. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 1993;25(5):403–80.