КОНФОРМАЦИЯ МОЛЕКУЛЫ ДНК В РАСТВОРАХ БОЛЬШОЙ ИОННОЙ СИЛЫ
Карымов М. А., Кокарева Г. B., Касьяненко Н. А.
Физический факультет Санкт-Петербургского государственного университета, 198904 Санкт-Петербург, Петродворец
Изучали размеры и оптическую
анизотропию высокомолекулярной тимусной ДНК в растворах большой
ионной силы I. Использовали соли NaCl, LiCl, NH4Cl
и MgCl2. Использовали методы динамического двойного
лучепреломления, низкоградиентной вискозиметрии, кругового дихроизма.
Опыт показал, что в условиях полного подавления полиэлектролитного
набухания (I>1 M) различие во влиянии одно- и двухвалентных
ионов на конформацию молекулы ДНК исчезает и эффективный объём
макромолекулы сохраняет постоянное значение независимо от валентности
и концентрации используемого противоиона. При этом водно-солевой
раствор остается хорошим растворителем для двуспиральной ДНК.
Экспериментальные данные и проведенные расчеты показали, что гидродинамическое
взаимодействие в макромолекуле в этих условиях чрезвычайно сильно.
Она остается непротекаемой в достаточно широкой области ионных
сил, несмотря на значительную равновесную жесткость ДНК. При продвижении
в область ионных сил выше 2,4 М NaCl наблюдается резкое изменение
оптической анизотропии молекулы ДНК, которое не обусловлено изменением
структуры макромолекулы. Наблюдаемое изменение оптической анизотропии
ДНК обратимо и носит кооперативный характер. Аналогичные данные
были получены при использовании соли MgCl2, однако
изменения при этом наблюдались при концентрациях порядка 0,5 М.
Увеличение концентраций солей LiCl и NH4Cl в растворе
ДНК не приводит к столь яркому изменению оптической анизотропии
макромолекулы, хотя в области концентраций порядка 2-3 М наблюдалась
нестабильность систем, не связанная с нарушением вторичной структуры
макромолекулы. Анализ экспериментальных данных показал, что увеличение
оптической анизотропии сегмента не связано с изменением разности
поляризуемостей пары нуклеотидов, а постоянство значения характеристической
вязкости [h] в указанном диапазоне концентраций соли свидетельствует
о неизменности жёсткости макромолекулы в изученном диапазоне ионных
сил. Высказано предположение, что наблюдаемое изменение оптической
анизотропии молекулы ДНК обусловлено изменением ее гидратной оболочки.
Исходя из существования ближнего ориентационного порядка в растворах
полимеров, мы полагаем, что ионы металлов при больших концентрациях
могут влиять на гидратную оболочку макромолекулы, например, на
ориентацию молекул воды в ближнем окружении двойной спирали ДНК.
При этом в зависимости от природы иона и характера взаимодействия
ион-вода результат может быть различным при использовании разных
солей.