ВЛИЯНИЕ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЦЕПИ И СТРУКТУРЫ ИОННОГО ФРАГМЕНТА КАТИОННОГО АМФИФИЛА НА ЕГО КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ С ДНК

Сухоруков Б. И., Петров А. И., Казарян Р. Л., Кувичкин В. В.
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино
С использованием флуоресцентного зонда пирена изучали процесс комплексообразования ДНK с додециламином, додецилтриметиламмонием, тетрадецилтриметиламмонием и гексадецилтриметиламмонием. Это исследование предпринято с целью получения информации об основных особенностях комплексообразования ДНК с катионными амфифилами, способными усилить ее трансмембранный перенос. В работе получены и проанализированы зависимости спектральных параметров гидрофобного пиренового зонда от концентрации катионного амфифила в присутствии и отсутствии ДНК. Если в отсутствие ДНК на этих зависимостях наблюдается только один участок S-образного изменения спектральных параметров пирена, соответствующий мицеллообразованию амфифила, то в присутствии ДНК имеется два таких участка. При формировании мицеллы пирен устремляется из водного окружения в гидрофобную область мицеллы,что существенно изменяет его спектральные параметры и позволяет охарактеризовать процесс мицеллообразования. Так, основная характеристика этого процесса - величина критической концентрации мицеллообразования (с0) при ионной силе 10-2 М NaCl, pH 7,2 в ряду додециламин, додецилтриметиламмоний тетрадецилтриметиламмоний, гексадецилтриметиламмоний, составит соответственно 2 Ч 10 -3 M; 1,1 Ч 10 -2 M; 3 Ч 10 -3 M; 3 Ч 10 -4M. В присутствии ДНК концентрация катионных амфифилов(сd1), когда они образуют гидрофобные области (кластеры), существенно уменьшается. Для отмеченного выше ряда амфифилов эта величина имеет уже значения 7,5 Ч10 -5 M; 7 Ч10 -4 M; 4,5 Ч 10 -5 M; 10 -5 M. Эти концентрации соответствуют образованию первого растворимого комплекса ДНК-катионный амфифил. При концентрациях катионных амфифилов, близких к с0, возникает второй комплекс. Если в процессе формирования первого комплекса, стехиометрия которого приближается к значению 1 : 1, отрицательный заряд на ДНК нейтрализуется, то при образовании второго комплекса количество катионных амфифилов больше, чем фосфатных групп, а следовательно, его образование сопровождается появлением положительного заряда. Из полученных нами данных следует, что катионный амфифил, кооперативно связываясь по фосфатным группам с ДНК, образует "нерегулярный бислой", что, в свою очередь, при малых концентрациях ДНК приводит к ее компактизации, а при больших - к конденсации. Оба процесса, конденсация и компактизация ДНК, происходят кооперативно при одной и той же концентрации катионного амфифила (сd1), когда образуются гидрофобные кластеры. Показано, что сd1 не зависит от концентрации ДНК, ее молекулярного веса и конформационного состояния и при одном и том же солевом составе и pН среды определяется только длиной углеводородной цепи и структурой ионного фрагмента амфифила. Величина сd1 растет с уменьшением длины алифатической цепи и при замене подвижных водородов в аммониевом фрагменте на метильные группы. С понижением ионной силы кооперативные процессы компактизации и конденсации ДНК смещаются в сторону более низких концентраций катионного амфифила.