Расчет температуры плавления нативных и модифицированных комплексов ДНК при различных концентрациях катионов металлов с помощью расширенной модели конденсации противоионов

Предложена новая модель, описывающая зависимость стабильности ДНК-комплексов, на основе олигонуклеотидов от ионной силы раствора. Модель предполагает, что связывание катионов с ДНК-полианионом сопряжено исключительно с изменением энтропии системы и имеет насыщающий характер. Эффективность связывания противоионов с одно- и двухцепочечным состояниями ДНК различна, и количество противоионов, дополнительно связывающихся с олигонуклеотидами при их комплексообразовании, зависит от концентрации катионов в растворе. Получены аналитические зависимости, описывающие влияние концентрации катионов натрия на температуру плавления ДНК-дуплексов в зависимости от их длины, GC-состава и наличия модификации (ненуклеотидной вставки). Методом термической денатурации, при различных концентрациях NaCl (0,01÷1 М), определены температуры плавления (T_пл ) и термодинамические параметры комплексообразования ( ΔH^o , ΔS^o ) нативных и «мостиковых», несущих вставку на основе фосфодиэфира диэтиленгликоля, олигонуклеотидов с ДНК. На основании полученных нами и представленных в литературе величин создана база данных (685 наборов данных), характеризующая изменения термической стабильности олигонуклеотидных комплексов при варьировании их структуры и ионной силы раствора. Анализ базы данных позволил определить величины равновесных констант ассоциации противоионов с ДНК и количество противоионов, необходимое для насыщения отдельных сайтов связывания. Показано, что в рамках предложенной нами расширенной модели конденсации противоионов при использовании унифицированных термодинамических параметров образования элементов дцДНК возможно с хорошей точностью рассчитывать T_пл ДНК-дуплексов для широкого диапазона ионной силы раствора ([Na+]=0,01÷1М).

Ключевые слова:
ДНК-дуплексы, комплексы олигонуклеотидов, стабильность, ионная сила раствора, конденсация противоионов
Источник финансирования:
Работа поддержана грантом РФФИ (проект № 06-04-49263а), междисциплинарными грантами СО РАН (55, 73), программой Президиума РАН «Молекулярная и Клеточная Биология» (10.6) и НШ-3689.2008.4. Авторы выражают благодарность Т. Ю. Бушуевой за синтез олигонуклеотидов
УДК 577.113.7, 577.323.24:544.3.032.72:546.33

Расчет температуры плавления нативных и модифицированных комплексов ДНК при различных концентрациях катионов металлов с помощью расширенной модели конденсации противоионов