ИЗМЕНЕНИЕ ГИДРАТАЦИИ И СЖИМАЕМОСТИ В ПРОЦЕССАХ СВЯЗЫВАНИЯ ИНТЕРКАЛИРУЮЩИХ ЛИГАНДОВ С ДНК И ИХ САМОАССОЦИАЦИИ
Кудряшов Е. Д., Брагинская Ф. И., Букин В. А.
Институт биохимической физики, РАН; Университет-Колледж Дублина, Ирландия
Взаимодействие интеркалирующих
лигандов с ДНК играет важную роль в регуляции биологической активности
ДНК. Изучение структуры и термодинамики образования комплексов
указывает на то, что реорганизация молекул воды в гидратной оболочке
соединений при связывании вносит существенный вклад в стабилизацию
комплексов. Анализ гидратации и ее изменений в процессах межмолекулярных
взаимодействий может быть проведен на основе измерений кажущихся
молярных объема и адибатической сжимаемости соединений в разбавленных
растворах, используя тот факт, что сжимаемость и объем гидратной
воды отличны от соответствующих характеристик свободной воды.
В настоящей работе такой подход был использован для изучения процессов
интеркаляции этидия бромида и дауномицина в ДНК и их самоассоциации.
В частности, с использованием прецизионных измерений скорости
распространения ультразвука и плотности нами были определены изменения
кажущегося молярного объема и концентрационного инкремента скорости
ультразвука ДНК и лигандов в растворах ДНК с лигандами и в растворах
лигандов. Изменение адиабатической сжимаемости и объемный эффект
связывания в расчете на моль лиганда были вычислены из зависимостей
экспериментальных величин от концентрации лиганда в растворе.
Близкие значения объемного эффекта были получены для интеркаляции
и самоассоциации, которые составили -28 и -26 см3моль-1
для этидия бромида, -28 и -22 см3моль-1
для дауномицина соответственно. В то же время мы обнаружили, что
кажущаяся адиабатическая сжимаемость увеличивается при самоассоциации
на величину 9х10-4 см3бар-1 моль-1
для этидия и 27х10-4 см3бар-1моль-1
для дауномицина, и уменьшается при интеркаляции этидия и дауномицина
в ДНК, на -20 и -18х10-4 см3бар-1моль-1
соответственно. Сравнение полученных величин со значениями, ожидаемыми
вследствие дегидратации атомных групп соединений, свидетельствует,
что объемный эффект и изменение сжимаемости при самоассоциации,
а также объемный эффект при интеркаляции соответствуют дегидратации
ароматических групп соединений при связывании. Увеличение сжимаемости
при самоассоциации может быть частично обусловлено внутренней
сжимаемостью стопки молекул. Возможными причинами уменьшения кажущейся
адиабатической сжимаемости соединений при интеркаляции, как предполагается,
являются снижение собственной сжимаемости ДНК, а также увеличение
гидратации соединений (включение молекул воды в структуру комплексов)
вследствие конформационной перестройки ДНК при связывании.