VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г. |
Программа СъездаСекции и тезисы:
Молекулярная биофизика. Структура и динамика биополимеров и биомакромолекулярных системСтепень сродства Бромистого этидия и Метиленового Синего к одноцепочечной полирибоадениловой кислотеП.О. Вардеванян1*, А.П. Антонян1, М.А. Парсаданян1, З.О. Мовсесян1 1.Ереванский государственный университет; * p.vardevanyan(at)ysu.am Исследованы особенности взаимодействия фенотиазинового красителя метиленового синего (МС) и фенантридинового красителя бромистого этидия (БЭ) с синтетическим одноцепочечным полинуклеотидом poly(rA) при ионной силе раствора 100 мМ, при изменении соотношения (r=D/P - лиганд/фосфат) – 1,0≤r≤20, методами абсорбционной и флуоресцентной спектроскопий. На основании полученных спектров постровены кривые связывания МС и БЭ с оц-poly(rA) в координатах Скетчарда (зависимость r/Cf от r). Кривая Скэтчарда отражает кооперативное связывание МС с оц-poly(rA), поскольку выпуклая при достаточно низких значениях r, а при больших значениях этой переменной кривая резко уменьшается, затем незначительно изменяется при более высоких значеняих r. Аналогичный анализ спектров поглощения при взаимодействии БЭ с оц-poly(rA) дает непрямолинейную кривую Скетчарда, которая резко уменьшается при низких значениях r, а при более высоких значениях этой переменной кривая претерпевает небольшое уменьшение. Непрямолинейные кривые в координатах Скэтчарда указывают на то, что взаимодействие или антикооперативное и осуществляется по принципу исключенных мест связывания, или имеет место связывание более чем одним способом, с различными константами связывания. Полученные нами кривые анализировались, исходя из того, что оба лиганда могут образовать по крайней мере два типа комплексов с оц-полинуклеотидами [1]. Из этих кривых определены параметры для двух способов связывания указанных лигандов с оц-poly(rA) – значения констант ассоциации К и числа оснований n, приходящихся на одно место связывания.
Прямолинейный участок на указанных кривых связывания, соответствующих низким значениям r, имеет большую крутизну и характеризует сильное связывание обоих лигандов с оц-полинуклеотидом. Анализ этого участка дает высокие значения К (105106 М-1). С другой стороны, МС и БЭ в растворе находятся в катионной форме, а poly(rA) является полианионом, в результате чего эти лиганды могут связываться с этим полинуклеотидом также электростатическим механизмом. Этот способ характеризуется значением констант свяывания – К (103104 М-1). Количественный анализ значений полученных параметров выявил, что константа связывания МС с оц-poly(rA) сильным способом более чем на порядок больше, чем константа связывания БЭ с этим полинуклеотидом. Достаточно высокое значение получено и для n при сильном способе связывания МС с указанным полинуклеотидом, в то время как в случае БЭ аналогичное значение находится в соответствии с таковым, полученным для комплексов БЭ с дц- и оц-ДНК [1]. Большое значение К (в случае сильного способа) при связывании МС с оц-poly(rA) отражают высокое сродство этого лиганда к полиадениловой кислоте в оц- состоянии. В случае БЭ значение константы связывания сильным способом указывает на то, что сродство этого лиганда к оц-poly(rA) менее выражено, по сравнению с МС. Этот факт подтверждаются и на основании значений n: для МС на этом полинуклеотиде существует более ограниченное число центров адсорбции, с высоким сродством к ним, в то время как в случае БЭ число этих центров менее ограничено. Фактически, структура полинуклеотида более доступна для полуинтеркаляции БЭ, чем для МС, несмотря на то, что последний связывается с более высоким сродством с этими центрами. Полученные данные находятся в хорошем соответствии с литературными [2,3]. Исходя из вышеизложенного, мы заключаем, что основным способом связывания и МС, и БЭ с оц-poly(rA) является полуинтеркаляция. Другое важное заключение - МС проявляет высокое сродство к оц-poly(rA) со значением константы связывания К порядка 106 М-1. При этом, взаимодействие МС с этим полинуклеотидом кооперативное, что и обусловливает высокие значения К и n. В случае БЭ кооперативность отсутствует, что указывает на то, что структура полинуклеотида для этого лиганда более доступна и большее число центров связывания существует на этом полинуклеотиде, чем для МС. 1. Vardevanyan P.O., Arakelyan V.B., Antonyan A.P., Parsadanyan M.A., Hovhannisyan G.G., Shahinyan M.A. // Analysis of experimental binding curves of EtBr with single- and double-stranded DNA at small fillings. Modern Physics Letters B, 2014, 28, 22, p.1450178-1-11. 2. Vardevanyan P.O., Antonyan A.P., Parsadanyan M.A., Shahinyan M.A., Sahakyan V.G. Peculiarities of interaction of synthetic polyribonucleotide poly(rA)-poly(rU) with some intercalators. J. of Biomol. Struct. & Dyn., 2017, p. 3607-3613. 3. Hossain M., Kabir A., Kumar S.G. // Binding of the phenothiazinium dye methylene blue with single stranded polyriboadenylic acid. Dyes and Pigments, 2012, 92, 1376-1383. doi:10.1016/j.dyepig.2011.09.016. Affinity degree of ethidium bromide and methylene blue to single-stranded polyadenilic acidP.O. Vardevanyan1*, A.P. Antonyan1, M.A. Parsadanyan1, Z.H. Movsesyan1 1.Yerevan State University; * p.vardevanyan(at)ysu.am The interaction peculiarities of phenothiazine dye methylene blue (MB) and phenantridine dye ethidium bromide (EtBr) with synthetic single-stranded polynucleotide poly(rA) have been studied at the solution ionic strength 100 mM and ratio change 1.0<r<20 (r=D/P – ligand/phosphate), by the methods of absorption and fluorescence spectroscopies. Based on the obtained spectra the binding curves of MB and EtBr with ss-poly(rA) were constructed in Scatchard’s coordinates (dependence of r/Cf on r). Scatchard’s curve reflects the cooperatve binding of MB to ss-poly(rA), since at the sufficiently low values of r the curve is bell-shaped, at high values of r the curve sharply decreases, then insignificantly alters at higher values of r. Analogous analysis of the absorption spectra at the interaction of EtBr with ss-poly(rA) gives non-linear Scatchard’s curve, which sharply decreases at low values of r, but at higher values of r the curve changes a little. Non-linear curves in Scatchard’s coordinates indicate that the interaction is either anti-cooperative, or is implemented according to the principle of excluded binding sites. It can also be the result of interaction by more, than one mode of binding with different binding constants. The obtained curves were analyzed, proceeding from the fact that both ligands can form al least two types of complexes with ss-polynucleotides [1]. From these curves the parameters for two modes of the binding of the mentioned ligands with ss-poly(rA) were determined – association constant values K and number of bases n per binding site.
Linear region on the mentioned binding curves, corresponding to low values of r, has a high slope and characterizes the strong binding of both ligands to ss-polynucleotide. Analysis of this region gives high values of K (105x106 M-1). On the other hand, MB and EtBr in solution are in cationic form, poly(rA) is a polyanion, due to which these ligands may bind to this polynucleotide by electrostatic mechanism as well. This mode is characterized by binding constant value K (103x104 М-1). Quantitative analysis of the values of the obtained parameters revealed that the binding constant of MB to ss-poly(rA) by strong mode is lower by an order, than that of EtBr binding to this polynucleotide. Sufficiently high value is received for n at the strong binding mode of Mb to the mentioned polynucleotide, while for EtBr analogous value is in correspondence to those, obtained for the complexes of EtBr with ss- and ds- DNA [1]. High value of K (for the strong mode) at the binding of MB to ss-poly(rA) reflects the high affinity of this ligand to polyadenilic acid in ss-state. For EtBr the binding constant values by the strong mode indicate that the affinity of this ligand to ss-poly(rA) is less pronounced, than for MB. This fact in maintained on the basis on the values of n as well: for MB there are more limited number of binding sites on this polynucleotide with high affinity to him, while for EtBr the number of binding sites is less limited. In actual, the structure of polynucleotide is more available for semi-intercalation of EtBr, than for MB, despite the fact that the latter binds with higher affinity to these centers. The obtained data in in good accordance to the literature results [2,3]. Based on the aforementioned, we conclude that semi-intercalation is the main mode for the binding of both MB and EtBr to ss-poly(rA). Another important conclusion is that MB exhibits high affinity to ss-poly(rA) with binding constant value K is about 106 M-1. Though, the interaction of MB to this polynucleotide is cooperative, which is due to the high values of K and n. For EtBr the cooperativity is absent, which indicates that the structure of polynucleotide is more available for this ligand and more number of binding centers exist on this polynucleotide, than for MB. 1. Vardevanyan P.O., Arakelyan V.B., Antonyan A.P., Parsadanyan M.A., Hovhannisyan G.G., Shahinyan M.A. // Analysis of experimental binding curves of EtBr with single- and double-stranded DNA at small fillings. Modern Physics Letters B, 2014, 28, 22, p.1450178-1-11. 2. Vardevanyan P.O., Antonyan A.P., Parsadanyan M.A., Shahinyan M.A., Sahakyan V.G. Peculiarities of interaction of synthetic polyribonucleotide poly(rA)-poly(rU) with some intercalators. J. of Biomol. Struct. & Dyn., 2017, p. 3607-3613. 3. Hossain M., Kabir A., Kumar S.G. // Binding of the phenothiazinium dye methylene blue with single stranded polyriboadenylic acid. Dyes and Pigments, 2012, 92, 1376-1383. doi:10.1016/j.dyepig.2011.09.016. Докладчик: Вардеванян П.О. 31 2023-01-23
|