Анотація до роботи:

Дегтяр М.В. Взаємодія іонів двовалентних металів з неканонічними структурами нуклеїнових кислот – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. – Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2002.

Проведено експериментальне дослідження комплексів іонів лужноземельних (Ca²⁺, Mg²⁺) та перехідних (Cu²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺) металів з одно- та багатоланцюговими гомополінуклеотидами (polyA, polyU, polyI, AU, A2U, 4polyI) в водних розчинах. Виміряні диференційні УФ-спектри металокомплексів, що дозволило визначити вплив іонів на конформацію полінуклеотидів, а також встановити міста зв'язування іонів, запропонувати структуру комплексу, що утворюється, та механізм викликаного іонами руйнування спіралі. В широкому діапазоні концентрацій іонів одержані діаграми конформаційних рівноваг. Виконані розрахунки констант зв'язування іонів з одно- та багатоланцюговими спіралями. Одержані значення констант зв'язування дозволили в рамках теорій лігандів пояснити деякі особливості фазових діаграм. Зареєстровано утворення компактних часток в присутності високої концентрації іонів металів та визначені розміри цих часток.

В дисертації встановлені основні закономірності впливу температури та концентрації іонів одно- та двовалентних металів на конформаційну рівновагу в водних розчинах гомополінуклеотидів. Встановлені температурні та концентраційні області стабільного стану окремих конформацій. Показано, що форма діаграм конформаційної рівноваги визначається значеннями констант зв’язування іонів Mt²⁺ з різними конформаціями полінуклеотида.

1. Впереше отримані фазові діаграми конформаційної рівноваги одно- (polyA, polyU), дво- (polyApolyU) та трьохланцюгових (polyA2polyU) полінуклеотидів в розчинах, що містять іони Mg²⁺ та Ni²⁺, в широкому інтервалі температур (20 - 96⁰С) та концентрацій іонів (10^-5 – 10^-2)М, визначена "критична" концентрація іонів Mg²⁺ та Ni²⁺, перевищення якої призводить до зміни типу конформаційного переходу;

2. Знайдено, що перехід 32 є значно менш кооперативним, ніж переходи 21 та 31. Причиною цього є низька величина ентальпії переходу 32;

3. Форма фазових діаграм комплексів AU та A2U з іонами Mg²⁺ та Ni²⁺ суттєво залежить від концентрації іонів Na⁺. Так, при їх концентрації, близькій до фізіологічної (0.1М), підвищення вмісту іонів Mg²⁺ в розчині AU призводить до безперервного розширення діапазону стабільного стану потрійної спіралі, тоді як при 10^-2 М Na⁺ він не залежить від концентрації Mg²⁺. При цьому "критична" точка на фазових діаграмах комплексів A2U з ионами Mg²⁺ та Ni²⁺ відтсутня;

4. Показано, що теорія лігандів задовільно описує зміну параметрів переходів 31, 32 та 21 в AU та A2U, викликану іонами Mg²⁺ та Ni²⁺. З термодинамічного аналізу, виконаного в рамках цієї теорії, випливає, що зміна температур конформаційних переходів визначається константами зв'язування іонів Mt²⁺ з одно- та багатоланцюговими спиралями;

5. Знайдено, що подібно до іонів Mg²⁺, іони Ni²⁺ зв'язуються тільки з атомами кисню фосфатних груп AU та A2U. Взаємодія з N7 аденіну цих полінуклеотидів відсутня, в той час як вона спостерігається в AMP та polyA;

6. Встановлено, що іони Cu²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺ зв'язуються з N7 гіпоксантину, що призводить до руйнування упорядкованої структури чотирьохланцюгової polyI. В присутності високих концентрацій цих іонів спостерігається утворення компактних часток одноланцюгової polyI з ефективним радіусом ~100 . Іони Mg²⁺ та Cа²⁺ не взаємодіють з N7 4polyI і відповідно не змінюють її конформацію;

7. Впереше встановлена залежність від ступеню зв'язування констант асоціації Cu²⁺ з гіпоксантином чотирьох- та одноланцюгової polyI і іонів Ni²⁺ з фосфатами AU та A2U. Взаємодія іонів з мультиланцюговими спіралями характеризується негативною кооперативністю, зв'язування іонів Cu²⁺ з одноланцюговою polyI має позитивну кооперативність.

Публікації автора:

1. Sorokin V.A.,Valeev V.A., Degtyar M.V.,Blagoi Yu.P. Interaction of Ni²⁺ ions with homopolynucleotides containing adenine and uracil and its monomers // Biophysical Bulletin - N466 - Series - "Molecular Biophysics". - 1999. - Issue 5(3). - P.33 - 37

2. Sorokin V.A., Valeev V.A., Gladchenko G.O., Degtyar M.V., Blagoi Yu.P. Interaction of divalent metal ions with polyriboinosinyc acid // Macromolecular Chemistry and Physics - 2000. - V.201, N 17. - P. 2408 - 2416

3. Sorokin V.A., Valeev V.A., Gladchenko G.O., Degtyar M.V., Blagoi Yu.P. Ni²⁺ Ion Effect on Conformations of Single-, Double- and Three-Stranded Homopolynucleotides Containing Adenine and Uracil // Macromolecular Chemistry and Physics - 2001. - N 5. - P. 191 - 203

4. В.А.Сорокин, В.А. Валеев, Г.О. Гладченко, М.В. Дегтяр, А.Ю. Рубина, Е.А. Андрусь, Ю.П. Благой, В.А. Карачевцев Влияние ионов Mg²⁺ на конформацию polyApolyU// Вісник Харківського університету. - № 528. - Серія "Молекулярна Біофізика" - 2001. - Вип. 2(9). - С. 45-50

5. V.A Sorokin, V.A. Valeev, G.O. Gladchenko , M.V. Degtiar, E.A.Andrus, Yuri P. Blagoi, V.A. Karachevtsev Effect of Mg²⁺ ions on the stability of polyA2polyU three stranded helices in aqueous solutions //Macromol. Biosci. - 2002. - v.2. - p.155-162

6. V. Sorokin, I. Sysa, V. Valeev, G. Gladchenko , M. Degtiar, Yu. Blagoi Differential UV spectroscopic studies of transition metal ion interaction with DNA and its monomers // Abstracts XXIII European Congress on Molecular Spectroscopy. - Balatonfured, Hungary. - 1996. - P. 150

7. M.Degtyar, V.Sorokin, G.Gladchenko, V.Valeev, I.Sysa, Yu. Blagoi Interaction of Me²⁺ ions with poly I in conformation of four-stranded helix // Book of Abstract XV Conf. on Statistical Mechanics in Biological Systems.- Sitges, The Spain. - 1998. - P.2

8. Гладченко Г.О., Сорокін В.О., Валеєв В.О., Сиса І.В., Дегтяр М.В., Благой Ю.П. Кооперативні ефекти при утворенні металокомплексів нуклеїнових кислот // Тези доповідей II з'їзду Українського біофізичного товариства. - Харків, Україна - 1998. - С.13

9. Сорокін В.О., Гладченко Г.О.,Валеєв В.О., Сиса І.В., Дегтяр М.В., Благой Ю.П. Структура та стабільність металокомплексів нуклеозидмонофосфатів канонічних основ Тези доповідей II з'їзду Українського біофізичного товариства. - Харків, Україна - 1998. - С. 24

10. V.Sorokin, M.Degtyar, G.Gladchenko, V.Valeev, Yu. Blagoi Influence of Ni²⁺ ions on thermostability of polyA2polyU // Proceeding of the XIV International School-Seminar «Spectroscopy of Molecules and Crystals». - Odessa, Ukraine. - 1999 - Р. 167

11. G.Gladchenko, V.Sorokin, V.Valeev, M.Degtyar, I.Sysa, Yu. Blagoi Phase Equilibrium in polyApolyU complexes with Mg²⁺ and Ni²⁺ ions.// Proceeding of the XIV International School-Seminar «Spectroscopy of Molecules and Crystals». - Odessa, Ukraine. - 1999. - Р. 144

12. Gladchenko G.O., Sorokin V.A., Valeev V.A., Degtyar M.V., Blagoi Yu.P.Mg²⁺ ion effect on phase equilibrium in polyA polyU and polyA 2polyU.// Abstracts of the 8^th European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules. - Enschede, The Netherlands. - 1999. - Р. 259 - 260

13. Blagoi Yu.P., Sorokin V.A., Valeev V.A., Gladchenko G.O., Degtyar M.V. Ni²⁺ ion effect on conformational transitions in triple helix of polyA2polyU // Abstracts of the 8^th European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules. - Enschede, The Netherlands. - 1999. - P. 251 - 252

14. Sorokin V.A., Valeev V.A., Gladchenko G.O., Degtyar M.V., Blagoi Yu.P. Effects of divalent metal ions on secondary and tertiary structures of polyriboinosilic acid.// Abstracts of the 8^th European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules. - Enschede, The Netherlands. - 1999. - P. 253 - 254

15. Г.О. Гладченко, В.А.Сорокин, В.А. Валеев, М.В. Дегтяр, И.В. Сыса, Ю.П. Благой Конформационные переходы в комплексах polyApolyU и polyA2polyU с ионами Mg²⁺ и Ni²⁺ // Тезисы докладов II съезда биофизиков России. - Москва, Россия. - 1999. - С. 106 - 107

16. Gladchenko G.O., Sorokin V.A., Valeev V.A., Degtyar M.V., Blagoi Yu.P Metal ion effects on phase equilibrium in polyApolyU and polyA2polyU // Abstracts of the 3^rd Eur. Bioph. Congress in «Europ.Biophys.J». - 2000. - V.29, N4-5. - P.250

17. Degtyar M.V. , Sorokin V.A., Gladchenko G.O., Valeev V.V., Yurii P. Blagoi Conformational transitions of polyA2polyU in the presence of Mg²⁺ in solutions with different ionic strength // Abstracts of EUROBIC-6. - Lund, Sweden. - 2002. - P. 190

18. Sorokin V.A., Valeev v.A., Gladchenko G.O., Degtyar M.V., Karachevtsev V.A., Blagoi Yu.P Study of conformational transition in polyApolyU and polyA2polyU in the presence of Mg²⁺ // Abstracts of the 17 Symposium of Medical Chemistry in «Drugs of the future». - 2002. - V. 27, suppl A. - P. 198

19. V.Sorokin, V.Valeev, G.Gladchenko, M.Degtyar, V. Karachevtsev, Yu. Blagoi Mg²⁺ and Ni²⁺ ion effect on conformational state of polyApolyU and polyA2polyU // Тези доповідей III з'їзду Українського біофізичного товариства. - Львів, Україна. - 2002. - С.7