РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ ДНК, СОДЕРЖАЩИХ МЕЖЦЕПОЧЕЧНЫЕ СШИВКИ
Фридман А. С., Ландо Д. Ю.
Институт биоорганической химии, НАН Республики Беларусь, 220141 Минск, Республика Беларусь
Существует два основных
подхода к расчету кривых плавления ДНК: подход Поланда, а также
подход Фиксмана-Фраери. Мы использовали их для разработки методов
вычисления кривых плавления ДНК, нити которых сшиты противоопухолевыми
препаратами. Первый подход позволяет проводить расчеты для произвольных
энтропийных петлевых факторов расплавленных участков. Однако для
него время вычисления (t) пропорционально N2
(N - длина ДНК в парах оснований). Поэтому он неприменим
для ДНК, длина которых превышает 1000 пар оснований. Для второго
подхода t symbol 126 \f "Symbol" \s 10~
N. Он применим для ДНК практически любой длины. Однако
петлевой фактор при использовании этого подхода должен задаваться
функцией symbol 100 \f "Symbol" \s 10d(n)
= (n+d)-symbol 97 \f "Symbol" \s
10a,
где n - длина расплавленного участка в парах оснований;
d - эмпирический параметр, характеризующий жесткость цепи;
1,5 symbol 163 \f "Symbol" \s 10Ј
symbol 97 \f "Symbol" \s 10a
symbol 163 \f "Symbol" \s 10Ј
2. Как было показано Азбелем, а также Вартеллом и Бенайтом, для
коротких петель это соотношение не выполняется. Для природных
ДНК это искажение практически не влияет на результаты расчетов.
Однако в случае ДНК, сшитых противоопухолевыми препаратами, энтропийные
факторы коротких петель начинают заметно влиять на процесс внутримолекулярного
плавления ДНК и поэтому метод Фиксмана-Фраери не всегда применим.
В связи с изложенным, нами разработан теоретический метод, который
(как и подход Поланда) позволяет изучить влияние энтропийных факторов
малых петель на плавление ДНК, задавая для них произвольные зависимости
от длины расплавленных участков. Однако он намного быстрее, и
время вычислений при его использовании сопоставимо с характерным
для подхода Фиксмана-Фраери. Метод пригоден для вычисления дифференциальных
кривых плавления при произвольных энтропийных факторах коротких
петель в случае ДНК, сшитой противоопухолевыми препаратами, и
ДНК без сшивок. Результаты вычислений показали, что даже идеальное
сшивание, не изменяющее ни энтальпию, ни энтропию двойной спирали
в точках ковалентного связывания нитей, повышает температуру плавления
ДНК (Тпл). Причем в отличие от ДНК без сшивок
Тпл очень сильно зависит от жесткости нитей
на расплавленных участках и от вида зависимости петлевого энтропийного
фактора от длины расплавленного участка. Так, петлевые факторы,
заданные выражениями Фиксмана-Фраери (Якобсона-Стокмайера) и Вартелла-Бенайта,
дают при расчетах сильно различающиеся зависимости Тпл
от концентрации сшивок. Расчеты показывают, что влияние сшивок
на стабильность двойной спирали сильно зависит от характера их
распределения вдоль цепи и что единственная идеальная сшивка в
ДНК длиной в 5000 пар оснований может вызвать сильное изменение
дифференциальной кривой плавления.