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.