СТРУКТУРА И ТЕРМОДИНАМИКА КОМПЛЕКСОВ ДНК С ДОДЕЦИЛАМИНОМ И ДОДЕЦИЛТРИМЕТИЛАММОНИЙ БРОМИДОМ ПО ДАННЫМ СПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДОВ
Петров А. И., Казарян Р. Л., Сухоруков Б. И.
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино
В настоящей работе представлены
результаты исследования методами флуоресценции (с использованием
гидрофобного зонда пирена), УФ- и КД-спектроскопии взаимодействия
с ДНК двух простейших катионных липидов - додециламина (ДДА) и
додецилтриметиламмоний бромида (ДТАБ), отличающихся друг от друга
лишь химическим строением гидрофильных головок - NH3+
в ДДА и-N(CH3)3+ в ДТАБ. Показано,
что ДДА и ДТАБ связываются с двойной спиралью ДНК с образованием
двух типов комплексов, содержащих в своей структуре гидрофобные
кластеры. Процесс комплексообразования характеризуется высокой
кооперативностью и сопровождается компактизацией ДНК. Комплексы
первого типа имеют стехиометрию близкую к 1:1, и образуются при
концентрациях намного меньших ККМ этих соединений в отсутствие
ДНК. Комплексы второго типа характеризуются более высоким содержанием
ДДА и ДТАБ и образуются при концентрациях, практически совпадающих
с их ККМ. Анализ изотерм связывания с использованием модели кооперативного
взаимодействия низкомолекулярных лигандов с линейными биополимерами
показал, что основной вклад в стабилизацию комплексов вносят электростатическое
взаимодействие ДДА и ДТАБ с фосфатами ДНК и гидрофобное взаимодействие
соседних молекул катионного амфифила на двойной спирали. При этом
электростатическое взаимодействие ДДА с фосфатами ДНК (Кэл=147
М-1) существенно выше такового для ДТАБ (Кэл=
28 М-1), в то время как гидрофобное взаимодействие
этих молекул примерно одинаково (Кh = 31 и 42
М-1 соответственно). Предполагается на основании этих
данных, что молекулы ДДА образуют прямой контакт с фосфатами ДНК,
а в случае ДТАБ такой контакт опосредован молекулами воды. Показано,
что связывание ДТАБ приводит к повышению Тпл ДНК
и стабилизации двойной спирали, а связывание ДДА, наоборот, дестабилизирует
двойную спираль ДНК, существенно понижая ее температуру плавления.
Механизм дестабилизирующего действия ДДА заключается, по-видимому,
в замещении внутримолекулярных водородных связей в AЧT и GЧC-парах
двойной спирали на межмолекулярные Н-связи между нуклеиновым основанием
и незамещенными аминогруппами додециламина.