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.