Міжмолекулярні взаємодії біологічно активних ароматичних речовин і ДНК у водному розчині
Закономірності процесів взаємодії ароматичних біологічно активних сполук різних за своїми структурними і медико-біологічними (антибіотики, мутагени, вітаміни) властивостями у водно-сольовому розчині. Механізми спільного зв'язування цих речовин із ДНК.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 29.10.2015 |
| Размер файла | 92,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рис. 5. Фактори Rd і Ad як функція концентрації кофеїну для різних ароматичних лігандів.
Рівновага в системі БАС 1-БАС 2-БАС 3. Як приклад трикомпонентної рівноваги ароматичних сполук у представленій роботі на підставі багатокомпонентної стохастичної моделі N-STOCH (див. розділ 3) були проаналізовані динамічні рівноваги в системах CAF-NOV-DAU і FMN-CAF-NMD. В обох системах спеціально поставлений ЯМР експеримент підтвердив адекватність моделі N-STOCH для опису трикомпонентної рівноваги ароматичних БАС.
Біологічна значимість системи CAF-NOV-DAU полягає в тому, що комбінація антибіотиків NOV-DAU широко використовується в клінічній практиці для лікування раку груди, однак при тривалому витримуванні розчину ці антибіотики виявляються несумісними і випадають в осад. У наявній роботі розрахунковим способом показано, що додавання кофеїну в суміш NOV-DAU приводить до дисоціації комплексу антибіотиків NOV-DAU за рахунок утворення гетерокомплексів CAF-NOV і CAF-DAU, що може служити потенційним засобом підвищення ефективності режиму хіміотерапії рака на базі комбінації антибіотиків NOV-DAU.
Інтерес до системи FMN-CAF-NMD полягає в тім, що кофеїн і нікотинамід є ефективними гідротропними агентами, у присутності яких розчинність вітаміну B2 (аналоги FMN) підвищується. Проведений на підставі N-STOCH моделі аналіз дозволив завбачити два важливих ефекти, раніше не описаних у літературі: зниження ефективності гідротропної дії при надмірному збільшенні концентрації гідротропа і дещо більшу ефективність суміші CAF-NMD у якості солюбілізатора стосовно CAF і NMD по-окремості в однакових загальних концентраціях.
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі уперше дано вирішення важливої проблеми молекулярної біофізики - з'ясування фундаментальних механізмів регуляції медико-біологічної активності при спільному використанні різних комбінацій ароматичних біологічно активних сполук (БАС) і представлена завершена методика структурного і термодинамічного дослідження міжмолекулярних взаємодій різних груп БАС у багатокомпонентному розчині в присутності ДНК. Результати і висновки роботи поглиблюють представлення про взаємодії ароматичних БАС і формують основу для розуміння молекулярних механізмів синергетичних біологічних ефектів при спільному використанні ароматичних БАС. Отримані результати можуть бути використані в області біотехнології, молекулярної біології та фармакології.
Основні результати роботи можуть бути сформульовані наступним чином:
1. Вперше проведене систематичне дослідження методами 1М- і 2М-1H ЯМР спектроскопії (500 МГц) нековалентних взаємодій різних груп ароматичних БАС (Кофеїн-БАС, Вітамін-БАС, Антибіотик-Антибіотик, Біс-інтеркалятор-БАС), які виявляють синергизм біологічної дії при спільному використанні. Отримано структурні (індуковані хімічні зсуви в складі комплексів, просторові структури димерів і 1:1 гетерокомплексів) і термодинамічні (рівноважні константи, ентальпія, ентропія, вільна енергія Гиббса) параметри асоціації молекул і їх комплексоутворення з фрагментом ДНК.
2. Установлено, що асоціація ароматичних БАС у водно-сольовому розчині носить характер стекингу хромофорів, переважно стабілізованого дисперсійними і гідрофобними взаємодіями. Параметри асоціації молекул не залежать від виду буферного розчинника, однак корелюють з типом бічних груп хромофора і кількістю ароматичних кілець взаємодіючих ароматичних сполук.
3. Уперше установлений факт додаткової стабілізації гетерокомплексів молекул у групах Вітамін-БАС і Антибіотик-Антибіотик міжмолекулярними водневими зв'язками. Сформульовано загальні закономірності водневого зв'язування при дослідженні асоціації ароматичних БАС методом ЯМР.
4. Аналіз асоціації ароматичних біс-інтеркаляторів дозволив уперше зробити висновок про існування значно більш складної динамічної рівноваги таких молекул у розчині, чим передбачалося раніше. Показано, що біс-інтеркалятори утворюють у розчині різні за структурою агрегати, які включають відкриту і закриту форми, частково інтеркальовані димери і тримери, а також є ефективними перехоплювачами молекул простих моноінтеркаляторів.
5. Запропоновано новий підхід до аналізу багатокомпонентних взаємодій ароматичних молекул у розчині, заснований на алгоритмічному моделюванні процесів асоціації молекул. Розроблена стохастична модель двох- і багатокомпонентної гетероасоціації.
6. Уперше вивчені трикомпонентні змішані розчини ароматичних БАС з обліком усіх можливих міжмолекулярних взаємодій компонентів суміші. Передбачено ефект дисоціації комплексу антрациклінових антибіотиків у присутності кофеїну, ефект зниження розчинності БАС при підвищених концентраціях гідротропного агента й ефект підвищення розчинності БАС у суміші гідротропних агентів.
7. Запропоновано фізичну модель спільного зв'язування різних ароматичних БАС з ядерною ДНК, в основі якої лежить уявлення про переважне зв'язування лігандів з вільними від білків ділянками ядерної ДНК.
8. Проведено аналіз спільного зв'язування різних комбінацій ароматичних БАС у групах Кофеїн-БАС-ДНК, Вітамін-БАС-ДНК і Антибіотик-Антибіотик-ДНК. Уперше введене поняття інтерцепторного і протекторного механізмів дії в системах Вітамін-БАС-ДНК і Антибіотик-Антибіотик-ДНК.
9. Знайдено емпіричні співвідношення, які дозволяють оцінити частку ліганду, витиснутого з ДНК при додаванні ліганда-перехоплювача, як функцію рівноважних констант гетероасоціації і комплексоутворення ліганду з ДНК, і критерій, що дозволяє вказати домінуючий процес, відповідальний за це.
10. Для трьох досліджених груп ароматичних БАС: Кофеїн-БАС, Вітамін-БАС, Антибіотик-Антибіотик продемонстрована потенційна можливість регулювання біологічної активності в комбінації ароматичних сполук і можливість кількісної оцінки очікуваного біологічного ефекту за умови домінування в системі протекторного і інтерцепторного механізмів.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Веселков А.Н., Высоцкий С. А., Евстигнеев М.П., Веселков Д.А., Дымант Л.Н., Болотин П.А., Дэвис Д.Б. Анализ взаимодействия антибиотика митоксантрона с ДНК в присутствии кофеина в водном растворе по данным 1H ЯМР спектроскопии // Биополимеры и клетка. - 2002. - Т.18, №4. - С. 287-296.
2. Веселков А.Н., Евстигнеев М.П., Высоцкий С. А., Веселков Д.А., Дэвис Д.Б. Термодинамический анализ взаимодействия антибиотика митоксантрона с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе по данным 1H-ЯМР спектроскопии // Биофизика. - 2002. - Т.47, №3. - С. 459-466.
3. Веселков А.Н., Евстигнеев М.П., Эрнандес Сантьяго А., Рогова О.В., Веселков Д.А., Дэвис Д.Б. Исследование равновесных ассоциированных форм гомодимера этидия в водном растворе методом 1H ЯМР спектроскопии // Физ.химия. - 2003. - Т.77, №11. - С. 2060-2067.
4. Евстигнеев М.П., Веселков А.Н. Вероятностная модель для исследования гетероассоциации ароматических красителей и кофеина методом ЯМР спектроскопии // Доповiдi НАН України (біофізика). - 2003. - №8. - С. 715-719.
5. Веселков А.Н., Евстигнеев М.П., Рогова О.В., Чубаров А.С., Дэвис Д.Б. Стохастическая модель для ЯМР анализа гетероассоциации биологически активных ароматических молекул // Биофизика. - 2004. - Т.49, Вып.4. - С. 587-594.
6. Евстигнеев М.П., Чубаров А.С., Эрнандес Сантьяго А.А. Учет кооперативности при анализе конкурентного связывания ароматических лигандов с дезокситетрануклеотидами // Вестник СевГТУ (Физика и математика). - 2004. - Т.59. - С. 48-53.
7. Evstigneev M.P., Hernandez Santiago A., Rogova O.V., Veselkov A.N. Comparative analysis of the self-association of ethidium mono- and bis-intercalators in aqueous solution using 1H NMR spectroscopy // Proc. of SPIE. - 2004. - Vol.5507. - P.173-177.
8. Veselkov A.N., Evstigneev M.P., Veselkov D.A., Hernandez Santiago A.A., Davies D.B. 1H NMR investigation of the self-association of ethidium homodimer and its complexation with propidium iodide in aqueous solution // J. Mol.Struct. - 2004. - Vol.690. - P.17-24.
9. Veselkov A.N., Evstigneev M.P., Rozvadovska A.O., Hernandez Santiago A.A., Zubchenok O.V., Djimant L.N., Davies D.B. 1H NMR structural and thermodynamical analysis of the hetero-association of daunomycin and novatrone in aqueous solution // J. Mol.Struct. - 2004. - Vol.701. - P.31-37.
10. Розвадовская А.О., Евстигнеев М.П., Мухина Ю.В., Кисуркин Д.В., Веселков А.Н. Анализ гетероассоциации гидротропных агентов кофеина и никотинамида в водном растворе методом 1H ЯМР спектроскопии // Вестник СевГТУ (Физика и математика). - 2004. - Т.59. - С. 30-38.
11. Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Кисуркин Д.В., Эрнандес Сантьяго А.А., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. Анализ гетероассоциации антиопухолевых антибиотиков новатрона и актиномицина D в водном растворе методом 1H ЯМР спектроскопии // Доповiдi НАН України (біофізика). - 2004. - №12. - С. 168-174.
12. Эрнандес Сантьяго А.А., Хомич В.В., Евстигнеев М.П. Анализ смеси трех ароматических компонент: диссоциация комплекса антрациклиновых антибиотиков в присутствии кофеина // Вестник СевГТУ (Физика и математика). - 2005. - Т.70. - С. 23-30.
13. Мухина Ю.В., Евстигнеев М.П. Связывание ароматических лигандов с ДНК в присутствии витамина // Вестник СевГТУ (Физика и математика). - 2005. - Т.70. - С. 62-73.
14. Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Чубаров А.С., Эрнандес Сантьяго А.А., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. Структурный и термодинамический анализ гетероассоциации молекул дауномицина и флавин-мононуклеотида в водном растворе методом 1H ЯМР спектроскопии // Журн.структур.химии. - 2005. - Т.46, №1. - С. 70-76.
15. Евстигнеев М.П., Хомич В.В., Дэвис Д.Б. 1H ЯМР анализ само- и гетероассоциации антибиотика доксорубицина и кофеина в водном растворе // Физика живого. - 2005. - Т.13, №2. - С. 71-82.
16. Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Эрнандес Сантьяго А.А., Мухина Ю.В., Веселков К.А., Рогова О.В., Дэвис Д.Б. Веселков А.Н. Анализ ассоциации кофеина с флавинмононуклеотидом по данным ПМР-спектров в водном растворе // Физ.химия. - 2005. - Т.79, №4. - С. 673-679.
17. Веселков А.Н., Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Мухина Ю.В., Дэвис Д.Б. Структурный и термодинамический анализ гетероассоциации молекул новатрона и флавинмононуклеотида в водном растворе методом 1H ЯМР спектроскопии // Биоорг.химия. - 2005. -Т.31,№5. -С. 503-510.
18. Веселков А.Н., Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Мухина Ю.В., Рыбакова К.А., Дэвис Д.Б. Анализ комплексообразования ароматических молекул антибиотика и витамина в водном растворе методом 1H ЯМР спектроскопии: гетероассоциация актиномицина D и флавин-мононуклеотида // Биофизика. - 2005. - Т.50, Вып.1. - С. 20-27.
19. Davies D.B., Evstigneev M.P., Veselkov D.A., Veselkov A.N. Hetero-association of anti-cancer antibiotics in aqueous solution: NMR and molecular mechanics analysis // Biophys.Chem. - 2005. - Vol.117. - P.111-118.
20. Evstigneev M.P., Mykhina Yu.V., Davies D.B. Complexation of daunomycin with a DNA oligomer in the presence of an aromatic vitamin (B2) determined by NMR spectroscopy // Biophys.Chem. - 2005. - Vol.118. - P.118-127.
21. Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Дэвис Д.Б. 1H ЯМР исследование гетероассоциации ногаламицина с ароматическими антиопухолевыми антибиотиками // Вісн. Харк.нац.ун-та №665, Біофіз.вісн. - 2005. - Вип.1(15). - С. 43-48.
22. Evstigneev M.P., Davies D.B., Veselkov A.N. Stochastic models (cooperative and non-cooperative) for NMR analysis of the hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution // Chem. Phys. - 2006. - V.321. - P.25-33.
23. Розвадовская А.О., Евстигнеев В.П., Дэвис Д.Б., Евстигнеев М.П. Взаимодействие ароматических антибиотиков и витаминов: 1H ЯМР анализ гетероассоциации никотинамида с антрациклиновыми антиопухолевыми антибиотиками // Биофизика. - 2006. - Т.51, №2. - С. 214-224.
24. Евстигнеев М.П., Хомич В.В., Дэвис Д.Б. Исследование самоассоциации антибиотика дауномицина в различных буферных растворителях // Физ.химия. - 2006. - Т.80, №5. - С. 854-859.
25. Evstigneev M.P., Rybakova K.A., Davies D.B. Complexation of norfloxacin with DNA in the presence of caffeine // Biophys.Chem. - 2006. - Vol.121. - P.84-95.
26. Evstigneev M.P., Evstigneev V.P., Davies D.B. 1H NMR determination of the self-association of an acridine homodimer and its complexation with ethidium bromide in aqueous solution // J. Mol.Str. - 2006. - Vol.784. - P.162-168.
27. Evstigneev M.P., Mukhina Yu.V., Davies D.B. 1H NMR study of the hetero-association of flavin-mononucleotide with mutagenic dyes: ethidium bromide and proflavine // Molecular Phys. - 2006. - V.104, N4. - P.647-654.
28. Evstigneev M.P., Evstigneev V.P., Hernandez Santiago A.A., Davies D.B. Effect of a mixture of caffeine and nicotinamide on the solubility of vitamin (B2) in aqueous solution // Eur. J. Pharm. Sci. - 2006. - Vol.28. - P.59-66.
29. Евстигнеев М.П., Барановский С. Ф., Рыбакова К.А., Дэвис Д.Б. Исследование комплексообразования хинолонового антибиотика норфлоксацина с ДНК методом 1H ЯМР спектроскопии // Молекулярная биология. - 2006. - Т.40, №5. - С. 894-899.
30. Евстигнеев М.П., Евстигнеев В.П., Шокуров М.В. Стохастическая модель для ЯМР анализа многокомпонентных растворов биологически активных ароматических молекул // Вісн. Харк.нац.ун-та №716, Біофіз.вісн. - 2005. - Вип.2(16). - С. 10-14.
31. Евстигнеев М.П., Рыбакова К.А., Дэвис Д.Б. Гетероассоциация антибиотика норфлоксацина с ароматическими витаминами в водном растворе // Биофизика. - 2006. - Т.51, №4. - С. 734-743.
32. Евстигнеев М.П. Совместное связывание биологически активных ароматических молекул и кофеина с ДНК в водном растворе // Физика живого. - 2006. - Т.14, №1. - С. 29-40.
33. Bolotin P.A., Baranovsky S.F., Evstigneev M.P. Spectrophotometric investigation of the hetero-association of caffeine and thiazine dye in aqueous solution // Spectrochimica Acta: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. - 2006. - V.64A. - P.693-697.
34. Evstigneev M.P., Rogova O.V., Hernandez Santiago A., Chubarov A.S., Veselkov A.N. Parameters of self- and hetero-association of aromatic ligands using NMR spectroscopy and different theoretical approaches // Book of Abstracts of XVI International School-Seminar Spectroscopy of Molecules and Crystals, 25 may-01 jun, 2003, Sevastopol, Ukraine P.264.
35. Evstigneev V.P., Baranovsky S.F., Davies D.B., Evstigneev M.P. Theoretical analysis of two-component equilibrium of aromatic molecules in solution based on NMR data // Book of abstracts of XVII International School-Seminar "Spectroscopy of Molecules and Crystals", 20-26 Sept. 2005, Beregove, Ukraine, P.35.
36. Розвадовская А.О., Евстигнеев М.П., Ширяева О.С., Веселков А.Н. 1H ЯМР анализ самоассоциации антиопухолевого антибиотика дауномицина в различных буферных растворах // I Українська наукова конференція "Проблеми Біологічної і Медичної Фізики" ПМБФ-2004, 20-22 вересня 2004р., Харків, С. 81.
37. Khomich V.V., Evstigneev M.P. Self-association of antibiotic Doxorubicin and its hetero-association with Caffeine in aqueous solution // Book of abstracts of 3rd International Conference `Physics of Liquid Matter: Modern Problems', 27-31 May 2005, Kyiv, Ukraine. P.37.
38. Rybakova K.A., Evstigneev M.P. 1H NMR investigation of the self-association of antibiotic Norfloxacin and its hetero-association with Caffeine in aqueous solution // Book of abstracts of 3rd International Conference `Physics of Liquid Matter: Modern Problems', 27-31 May 2005, Kyiv, Ukraine. P.36.
39. Evstigneev M.P., Veselkov A.N. NMR analysis of a dynamic equilibrium of molecular complexes of a bis-intercalator, ethidium homodimer, in aqueous solution // III з'їзд українського біофізичного товариства, 8-11 жов. 2002, Львів, Україна. С. 50.
40. Rogova O.V., Hernandez Santiago A., Evstigneev M.P., Veselkov A.N. Thermodynamical analysis of self-association of ethidium homodimer and its complexation with phenanthridine dye in aqueous solution // Book of Abstracts of XVI International School-Seminar Spectroscopy of Molecules and Crystals, 25 may-01 jun, 2003, Sevastopol, Ukraine P.233.
41. Evstigneev M.P., Hernandez Santiago A.A., Evstigneev V.P. Equilibrium interaction of acridine homodimer with itself and ethidium bromide in aque-ous solution // III International Conference on Hydrogen Bonding and Molecular Interactions, 15-21 May, 2006, Kyiv, Ukraine, P.106.
42. Veselkov A.N., Vysotsky S.A., Sigaev V.A., Evstigneev M.P., Zavyalova O.S., Veselkov D.A., Davies D.B. Molecular mechanism of caffeine action on complexation of biologically active aromatic molecules with DNA // 6-th International Conference on Applications of Magnetic Resonance in Food Science, 4-6 sept. 2002, Paris, France, P.229.
43. Evstigneev M.P., Khomich V.V., Davies D.B. 1H NMR study of the hetero-association of caffeine with anthracycline antibiotics // Book of abstracts of XVII International School-Seminar "Spectroscopy of Molecules and Crystals", 20-26 Sept. 2005, Beregove, Ukraine, P.266.
44. Evstigneev M.P., Rozvadovska A.O., Hernandez Santiago A., Veselkov A.N., Davies D.B. Analysis of the hetero-association of aromatic drug molecules in aqueous solution by 1H NMR spectroscopy and molecular mechanics calculations // The first EENC/AMPERE joint meeting, 6-11 Sept. 2004, Lille, France, ID329.
45. Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Эрнандес Сантьяго А., Веселков А.Н. Гетероассоциация ароматических молекул антиопухолевых антибиотиков и витаминов: анализ методами 1H ЯМР спектроскопии и молекулярной механики // I Українська наукова конференція "Проблеми Біологічної і Медичної Фізики" ПМБФ-2004, 20-22 вересня 2004р., Харків, С. 82.
46. Davies D.B., Mykhina Yu.V., Djimant L.N., Evstigneev M.P. Non-covalent interactions of flavine-mononucleotide with aromatic drug molecules studied by NMR // Book of abstracts of XVII International School-Seminar "Spectroscopy of Molecules and Crystals", 20-26 Sept. 2005, Beregove, Ukraine, P.267-268.
47. Davies D.B., Mukhina Yu.V., Evstigneev M.P. 1H NMR study of the hetero-association of mutagenic dyes, ethidium bromide and proflavine, with flavine-mononucleotide // Материалы III международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов, 21-25 марта 2005, Ростов-на-Дону, Россия, С. 161.
48. Hernandez Santiago A.A., Rozvadovska A.O., Evstigneev M.P. Hetero-association of antibiotic Nogalamycin with aromatic antitumour antibiotics // Book of abstracts of 3rd International Conference `Physics of Liquid Matter: Modern Problems', 27-31 May 2005, Kyiv, Ukraine. P.35.
49. Evstigneev M.P., Rozvadovska A.O., Davies D.B. 1H NMR of hetero-complexes of aromatic drug molecules: possible stabilisation by intermolecular hydrogen-bonds // Book of abstracts of the Joint Conference of British NMR-DG, AMPERE and EENC "Euromar", 16-21 July 2006, York, England. P.65.
50. Evstigneev M.P., Khomich V.V. Competitive binding of anthracycline antibiotics with a model DNA in the presence of caffeine // III International Conference on Hydrogen Bonding and Molecular Interactions, 15-21 May, 2006, Kyiv, Ukraine, P.110.
51. Evstigneev M.P., Rybakova K.A., Rozvadovska A.O. Binding of antibacterial antibiotic norfloxacin with DNA oligomer in presence of caffeine studied by NMR // Book of abstracts of XVII International School-Seminar "Spectroscopy of Molecules and Crystals", 20-26 Sept. 2005, Beregove, Ukraine, P.270.
52. Evstigneev M.P. Influence of flavine-mononucleotide on DNA binding properties of aromatic drug molecules // III International Conference on Hydrogen Bonding and Molecular Interactions, 15-21 May, 2006, Kyiv, Ukraine, P.101.
53. Евстигнеев М.П., Эрнандес Сантьяго А.А., Мосунов А.А., Симонова С. Н., Розвадовская А.О. Влияние гетероассоциации на параметры связывания антиопухолевых антибиотиков с олигомером ДНК // V Харьковская конференция молодых ученых "Радиофизика и СВЧ электроника" (секц.биофизики), 14-16 дек. 2005, Харьков, С. 57.
АНОТАЦІЯ
Євстигнєєв М.П. Міжмолекулярні взаємодії біологічно активних ароматичних речовин і ДНК у водному розчині. - Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 03.00.02 - біофізика. - Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, м. Харків, 2006.
Методом 1H ЯМР спектроскопії проведене систематичне дослідження нековалентних взаємодій різноманітних груп ароматичних біологічно активних сполук (БАС) (Кофеїн-БАС, Вітамін-БАС, Антибіотик-Антибіотик, Біс-інтеркалятор-БАС), виявляючих синергізм біологічної дії при спільному використуванні: самоасоціація, гетероасоціація, комплексоутворення з ДНК. Отримані структурні та термодинамічни параметри асоціації молекул та їх комплексоутворення з ДНК. Виявлено внесок різноманітних фізичних взаємодій в стабілізацію комплексів. Запропоновано новий підхід для аналізу багатокомпонентних розчинів ароматичних БАС з урахуванням всіх можливих міжмолекулярних взаємодій компонентів суміші. Запропонована фізична модель спільного зв'язування різноманітних ароматичних БАС з ядерною ДНК, на підставі якої проведено аналіз спільного зв'язування різноманітних комбінацій ароматичних БАС у групах Кофеїн-БАС-ДНК, Вітамін-БАС-ДНК і Антибіотик-Антибіотик-ДНК. Для досліджуваних груп продемонстрована потенційна можливість регулювання біологічної активності в комбінації ароматичних сполук і можливість кількісної оцінки очікуваного біологічного ефекту.
Ключові слова: ароматичні молекули, ДНК, асоціація, комплексоутворення, багатокомпонентний розчин, ЯМР спектроскопія, регулювання біологичної активності.
АННОТАЦИЯ
Евстигнеев М.П. Межмолекулярные взаимодействия биологически активных ароматических веществ и ДНК в водном растворе. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 03.00.02 - биофизика. - Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, г. Харьков, 2006.
Методом 1H ЯМР спектроскопии проведено систематическое исследование нековалентных взаимодействий различных групп ароматических биологически активных соединений (БАС) (Кофеин-БАС, Витамин-БАС, Антибиотик-Антибиотик, бис-интеркалятор-БАС), проявляющих синергизм биологического действия при совместном использовании: самоассоциация, гетероассоциация, комплексообразование с ДНК. Получены структурные и термодинамические параметры ассоциации молекул и их комплексообразования с ДНК. Выявлен вклад различных физических взаимодействий в стабилизацию комплексов. Предложен новый подход для анализа многокомпонентных растворов ароматических БАС с учетом всех возможных межмолекулярных взаимодействий компонент смеси. Предложена физическая модель совместного связывания различных ароматических БАС с ядерной ДНК, на основании которой проведен анализ совместного связывания различных комбинаций ароматических БАС в группах Кофеин-БАС-ДНК, Витамин-БАС-ДНК и Антибиотик-Антибиотик-ДНК. Для исследованных групп продемонстрирована потенциальная возможность регулирования биологической активности в комбинации ароматических соединений и возможность количественной оценки ожидаемого биологического эффекта.
Ключевые слова: ароматические молекулы, ДНК, ассоциация, комплексообразование, многокомпонентный раствор, ЯМР спектроскопия, регуляция биологической активности.
SUMMARY
Evstigneev M.P. Intermolecular interactions of biologically active aromatic compounds and DNA in aqueous solution - Manuscript.
Thesis for a Doctor's degree of Physical and Mathematical Sciences in Biophysics - Speciality 03.00.02, Kharkov National University, Kharkov, 2006.
A systematic investigation of non-covalent interactions in different groups of aromatic biologically active molecules (BAC) (Caffeine-BAC, Vitamin-BAC, Antibiotic-Antibiotic, bis-intercalator-BAC) which exert a medico-biological synergism when used together have been made by 1D- and 2D-1H NMR spectroscopy (500MHz) methods. Structural (structures of 1:1 complexes) and thermodynamical (equilibrium constants, enthalpy and entropy) parameters of the association of the drugs and their complexation with DNA were obtained. It was found that the association of aromatic BAC in aqueous solution occurs via vertical stacking of their chromophores, mainly stabilized by dispersive and hydrophobic interactions. For the first time an additional stabilization by intermolecular H-bonds of the hetero-complexes of aromatic molecules was observed in the groups: Vitamin-BAC and Antibiotic-Antibiotic. Analysis of the association of aromatic bis-intercalators enabled to draw a conclusion that there is a more complex dynamic equilibrium of such molecules in solution as it had been known before. It was shown that aromatic bis-intercalators form different in their structures molecular aggregates, such as unfolded and folded forms, partially intercalated dimers and trimers, and also demonstrate an ability to intercept very effectively the molecules of simple monointercalators.
A novel approach for analysis of multicomponent interactions of aromatic molecules in solution, based on algorithmic modelling of the association process, was suggested. A stochastic model was developed in order to analyse two- and multicomponent hetero-association, which had made it possible to investigate three-component solutions of aromatic drugs for the first time taking into consideration all possible intermolecular interactions between the components of the mixtures. This has allowed to forsee the effect of dissociation of the complex of anthracycline antibiotics in the presence of Caffeine, the effect of lowering of the solubilizing action on BAC under elevated concentrations of hydrotropic agents and the effect of raising of the solubility of BAC in a mixture of hydrotropic agents.
A physical model for the simultaneous binding of different aromatic BAC with nuclear DNA was suggested. On the basis of this model an analysis of simultaneous binding of different combinations of aromatic BAC was carried out within the groups: Caffeine-BAC-DNA, Vitamin-BAC-DNA and Antibiotic-Antibiotic-DNA. The view of interceptor and protector mechanisms of action was introduced for the systems Vitamin-BAC-DNA and Antibiotic-Antibiotic-DNA. An empirical relations allowing to estimate the fraction of the ligand removed from DNA upon addition of a ligand-interceptor as a function of equilibrium constants of the hetero-association and Ligand-DNA complexation, and a criterion allowing to determine a dominating process responsible for that, were found. For the groups of aromatic BAC studied: Caffeine-BAC, Vitamin-BAC, Antibiotic-Antibiotic, a potential possibility of regulation of biological activity in combinations of aromatic drugs and the possibility of quantitative estimation of the expected biological effect under condition of action of protector and interceptor mechanisms, were demonstrated.
Key words: aromatic molecules, DNA, association, complexation, multicomponent solution, NMR spectroscopy, regulation of biological activity.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Загальна характеристика поверхнево активних речовин, їх класифікація, молекулярна будова та добування. Вплив на мікроорганізми, організм людини та живі системи. Роль ендогенних поверхнево активних речовин в регуляції всмоктування поживних речовин.
реферат [177,3 K], добавлен 18.11.2014Механізми дії регуляторів росту рослин, їх роль в підвищенні продуктивності сільськогосподарських культур. Вплив біологічно-активних речовин на площу фотосинтетичної поверхні гречки, синтез хлорофілів в її листках, формування його чистої продуктивності.
реферат [19,0 K], добавлен 10.04.2011Ознайомлення з результатами фітохімічного дослідження одного з перспективних видів рослин Українських Карпат - волошки карпатської. Розгляд залежності вмісту досліджуваних біологічно активних речовин від виду сировини. Аналіз вмісту фенольних сполук.
статья [23,3 K], добавлен 11.09.2017Оптимізація складу живильних середовищ для культивування продуцентів біологічно активних речовин, способи культивування. Мікробіологічний контроль ефективності методів стерилізації. Методи очищення кінцевих продуктів біотехнологічних виробництв.
методичка [1,9 M], добавлен 15.11.2011Предмет, структура та основні поняття біофізики і біосистем. Об’єкти дослідження фізики клітинних процесів. Жива клітина – основна форма життя. Мембранний транспорт речовин у клітинах. Механізми активного транспорту речовин через біологічні мембрани.
реферат [305,7 K], добавлен 10.02.2011Утворення лізосом шляхом взаємодії комплексу Гольджі і гранулярної ендоплазматичної сітки. Історія їх відкриття та основні особливості. Розщеплення чужих речовин до речовин самої клітини, які наявні у клітинах грибів та тварин. Ферментний склад лізосом.
презентация [162,3 K], добавлен 15.12.2013Цілющі властивості рослин у досвіді народної медицини. Лікарські препарати рослинного походження. Біологічна сила рослинних речовин. Вміст вітамінів та мінеральних речовин в овочах та їх застосування в їжу та при лікуванні. Хімічний склад овочів.
реферат [26,0 K], добавлен 27.04.2010Революція в природознавстві й виникнення вчення про будову атома, подальший розвиток концепції атомізму. Групування елемантарних часток, типі взаємодії. Кваркова модель адронів М. Гелл-Мана. Концептуальні рівні в пізнанні речовин і хімічні системи.
реферат [18,9 K], добавлен 19.06.2010Травлення як сукупність фізичних, хімічних і фізіологічних процесів для обробки і перетворення харчових продуктів. Характеристика харчових речовин, вивчення процесів обміну білків, жирів та вуглеводів. Значення води і мінеральних речовин у травленні.
реферат [15,7 K], добавлен 26.06.2010Класичний приклад контактної регуляції. Біологічно активні хімічні речовини, за допомогою яких здійснюється передача електричного імпульсу від нервової клітини через синаптичний простір між нейронами. Характеристика молекулярних рецепторів і трансмітерів.
реферат [3,1 M], добавлен 06.09.2015
