Mobility of nucleobases during hydration of double-stranded polynucleotides in thin films
Keywords:
poly(rA)-poly(rU), poly(rG)-poly(rC), poly(dA)-poly(dT), hydration, resonance interactions, helix angle, mobility, IR spectroscopy
Abstract
The known crystal structures and experimental data of IR spectroscopy of double-stranded polynucleotides poly(rA)-poly(rU), poly(rG)-poly(rC) and poly(dA)-poly(dT) are used to calculate the resonance interactions of the stretching carbonyl C=O and intra-ring C=N vibrations of the nucleobases on the basis of the molecular exciton theory. On the basis of the calculation results and the experimental data of the frequency shifts of the Amide absorption bands of the studied nucleotides during their transition from the dehydrated to the fully hydrated state, the mobility of the nucleobases during the hydration-induced conformational transitions has been estimated. It has been shown that the double-stranded nucleobases in the dry state exist in the form, which does not differ much from the double-helical one.
Downloads
Download data is not yet available.
References
1. Семенов М.А., Больбух Т.В. Резонансные взаимодействия карбонильных колебаний в спиральных полипептидах // ДАМ УССР. Сер. «Б». - 1982. -№ 12. - С.66-69.
2. Semenov M.A., Bolbuch T.V. Carbonyl vibration resonance interactions helical polynucleotides Poly(dA)Poly(dT)and PolyGPolyC // Studia biophysica. - 1984.-Vol. 102, N 3. - P. 215-220.
3. Semenov M.A., Bolbuch T.V., Starikov E.B. Infrared spectroscopic study of the hydration of polyadenylic acid potassium salt films//Studia biophysica. - 1985.-Vol. 106, N 3. - P. 181-192.
4. Семенов М.А., Больбух Т.В,, Малеев В.Я. Исследование гидратации двуспирального комплекса поли А-поли У методами ИК-спектроскопии и пьезогравиметрии // Биофизика. - 1985. - Т. 30. - С. 571-577.
5. Семенов М.А., Стариков Е.Б., Больбух Т. В., Малеев В.Я. Гидратация односпиральной поли Ц по данным ИК-спектроскопии и пьезогравиметрии // Биофизика. - 1989. - Т.34. - №3. - С. 389-395.
6. Семенов М.А. Гидратация и структурное состояние нуклеиновых кислот в конденсированном состоянии: Дис. док. физ.-мат. наук. -- М: МГУ, 1990. -410 с.
7. Семенов М.А., Малеев В Я., Березняк Е.Г., Гасан А.И., Больбух Т.В. Гидратация и стабильность комплекса поли (гС)- поли (гС) // Мол.биология. - 1991. - Т.25. - №6.
- С. 1626-1634.
8. Давыдов А. С. Теория поглощения света в молекулярных кристаллах. - Киев: изд-во АН УССР. - 1951.- 296 с.
9.Малеев В.Я. Исследование структурных переходов биополимеров в растворе. Дис. док. физ.-мат. наук. - X.: ФТИМТ, 1975.-278 с.
10. Семенов М.А., Больбух Т.В. Резонансные взаимодействия карбонильных колебаний в спиральных полипептидах: Препр. /АН УССР; ИРЭ; 190. - X.: 1982. - 28 с.
11. Семенов М.А., Матвеев Д.А., Больбух Т.В. Малеев В.Я. Гидратация и стабильность двуспирального комплекса ро1у(dА)ро1у(dТ) // Биофизика. - 1994. - Т. 39. - С. 628-636.
12. Arnott S, Hukins D.W. Dover S.D., Fuller W., Hodgson A.R. Structures of synthetic polynucleotides in the A-RNA and A'-RNA conformations: x-ray diffraction analyses of the molecular conformations of polyadenylic acid-polyuridylic acid and polyinosinic acid-polycytidylic acid // J Mol Biol. - 1973. - Vol. 81, N 2. - P. 107-122.
13. Arnott S. The geometry of nucleic acids. // In J.A.V. Butler, D. Noble editors, Progress in Biophysics and Molecular Biology. - Oxford: Pergamon Press, 1970. - Vol. 21. - P. 265-319.
14. Arnott S., Chandrasckarun R., Hall I.H., Puigjaner L.C. Heteronomous DNA // Nucleic Acids Res. - 1983. - Vol. 11, N 12. - P. 4141-4155.
15. Alexeev D.G., Lipanov A.A.. Skuratovskii I.Ya. Poly(dA).poly(dT) is a B-type double helix with a distinctively narrow minor groove // Nature. - 1987. - Vol. 325, KB 6107. - P. 821-3.
16. Park H.S., Arnott S., Chandrasekaran R., Millane R.P., Campagnari F. Structure of the alpha-form of poly[d(A)], poly[d(T)] and related polynucleotide duplexes // J Mol Biol. - 1987. - Vol. 197, Xs 3. - P. 513-523.
17. Lipanov A.A., Chuprina V.P., Alexeev D.O., Skuratovskii I.Ya Bh-DNA: variations of the poly[d(A)].poly[d(T)] structure within the framework of the fibre diffraction studies //J Biomol Struct Dyn. - 1990. - Vol 4. - P. 811-826.
18. Tsuboi M., Takahashi S., Harada I. Infrared and Raman spectra of nucleic acids-vibrations in the base residues // In J. Duchesne, editor. Physico-Chemical Properties of Nucleic Acids. - New York: Academic press, 1973. - Vol. 2. - P. 91-145.
19. Brandes R., Void R.R., Kearns D.R., Ryprecht A. Static disorder and librational motions of purine bases in films of oriented Li-DNA // J. Mol. Biol. - 1988. - Vol. 202. - P. 321-332.
20. Чиргадзе Ю.Н., Невская Н.А. Резонансные взаимодействия основных амидных колебаний в упорядоченных пептидных структурах // Докл. АН СССР. - 1973. - Т. 208, № 2. - С. 447-450.
21. Мележик Е.П., Семенов М.А. Резонансные взаимодействия карбонильных колебаний в коллагеновых структурах // В|сник ХНУ № 606. - Біофізичний вісник. - 2003. - Вин. 13. - С.62-68.
22. Гиршфельдер Д., Кетисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей: Пер. с англ. - М.: Иностр. лит., 1961.-С. 652-655.
23. Miyazawa T. Perturbation treatment of the characteristic vibrations of polypeptide chains in various configurations // J.Chem.Phys. - I960. - Vol. 32. – N 6. - P. 1647-1652.
24. Березняк Е.Г.,Семенов М.А. Спектральиые параметры нуклеотидов и полинуклеотидов в D20: Препр. /АН УССР; ИРЭ; 379. - X.: 1989. - 16 с.
25. D'Albis A., Wickens M.P., Gratzer W.B. Base pairing of adenine and uracil derivatives in the presence of water // Biopolymers. - 1975. - Vol. 7. - P. 1423-1435.
2. Semenov M.A., Bolbuch T.V. Carbonyl vibration resonance interactions helical polynucleotides Poly(dA)Poly(dT)and PolyGPolyC // Studia biophysica. - 1984.-Vol. 102, N 3. - P. 215-220.
3. Semenov M.A., Bolbuch T.V., Starikov E.B. Infrared spectroscopic study of the hydration of polyadenylic acid potassium salt films//Studia biophysica. - 1985.-Vol. 106, N 3. - P. 181-192.
4. Семенов М.А., Больбух Т.В,, Малеев В.Я. Исследование гидратации двуспирального комплекса поли А-поли У методами ИК-спектроскопии и пьезогравиметрии // Биофизика. - 1985. - Т. 30. - С. 571-577.
5. Семенов М.А., Стариков Е.Б., Больбух Т. В., Малеев В.Я. Гидратация односпиральной поли Ц по данным ИК-спектроскопии и пьезогравиметрии // Биофизика. - 1989. - Т.34. - №3. - С. 389-395.
6. Семенов М.А. Гидратация и структурное состояние нуклеиновых кислот в конденсированном состоянии: Дис. док. физ.-мат. наук. -- М: МГУ, 1990. -410 с.
7. Семенов М.А., Малеев В Я., Березняк Е.Г., Гасан А.И., Больбух Т.В. Гидратация и стабильность комплекса поли (гС)- поли (гС) // Мол.биология. - 1991. - Т.25. - №6.
- С. 1626-1634.
8. Давыдов А. С. Теория поглощения света в молекулярных кристаллах. - Киев: изд-во АН УССР. - 1951.- 296 с.
9.Малеев В.Я. Исследование структурных переходов биополимеров в растворе. Дис. док. физ.-мат. наук. - X.: ФТИМТ, 1975.-278 с.
10. Семенов М.А., Больбух Т.В. Резонансные взаимодействия карбонильных колебаний в спиральных полипептидах: Препр. /АН УССР; ИРЭ; 190. - X.: 1982. - 28 с.
11. Семенов М.А., Матвеев Д.А., Больбух Т.В. Малеев В.Я. Гидратация и стабильность двуспирального комплекса ро1у(dА)ро1у(dТ) // Биофизика. - 1994. - Т. 39. - С. 628-636.
12. Arnott S, Hukins D.W. Dover S.D., Fuller W., Hodgson A.R. Structures of synthetic polynucleotides in the A-RNA and A'-RNA conformations: x-ray diffraction analyses of the molecular conformations of polyadenylic acid-polyuridylic acid and polyinosinic acid-polycytidylic acid // J Mol Biol. - 1973. - Vol. 81, N 2. - P. 107-122.
13. Arnott S. The geometry of nucleic acids. // In J.A.V. Butler, D. Noble editors, Progress in Biophysics and Molecular Biology. - Oxford: Pergamon Press, 1970. - Vol. 21. - P. 265-319.
14. Arnott S., Chandrasckarun R., Hall I.H., Puigjaner L.C. Heteronomous DNA // Nucleic Acids Res. - 1983. - Vol. 11, N 12. - P. 4141-4155.
15. Alexeev D.G., Lipanov A.A.. Skuratovskii I.Ya. Poly(dA).poly(dT) is a B-type double helix with a distinctively narrow minor groove // Nature. - 1987. - Vol. 325, KB 6107. - P. 821-3.
16. Park H.S., Arnott S., Chandrasekaran R., Millane R.P., Campagnari F. Structure of the alpha-form of poly[d(A)], poly[d(T)] and related polynucleotide duplexes // J Mol Biol. - 1987. - Vol. 197, Xs 3. - P. 513-523.
17. Lipanov A.A., Chuprina V.P., Alexeev D.O., Skuratovskii I.Ya Bh-DNA: variations of the poly[d(A)].poly[d(T)] structure within the framework of the fibre diffraction studies //J Biomol Struct Dyn. - 1990. - Vol 4. - P. 811-826.
18. Tsuboi M., Takahashi S., Harada I. Infrared and Raman spectra of nucleic acids-vibrations in the base residues // In J. Duchesne, editor. Physico-Chemical Properties of Nucleic Acids. - New York: Academic press, 1973. - Vol. 2. - P. 91-145.
19. Brandes R., Void R.R., Kearns D.R., Ryprecht A. Static disorder and librational motions of purine bases in films of oriented Li-DNA // J. Mol. Biol. - 1988. - Vol. 202. - P. 321-332.
20. Чиргадзе Ю.Н., Невская Н.А. Резонансные взаимодействия основных амидных колебаний в упорядоченных пептидных структурах // Докл. АН СССР. - 1973. - Т. 208, № 2. - С. 447-450.
21. Мележик Е.П., Семенов М.А. Резонансные взаимодействия карбонильных колебаний в коллагеновых структурах // В|сник ХНУ № 606. - Біофізичний вісник. - 2003. - Вин. 13. - С.62-68.
22. Гиршфельдер Д., Кетисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей: Пер. с англ. - М.: Иностр. лит., 1961.-С. 652-655.
23. Miyazawa T. Perturbation treatment of the characteristic vibrations of polypeptide chains in various configurations // J.Chem.Phys. - I960. - Vol. 32. – N 6. - P. 1647-1652.
24. Березняк Е.Г.,Семенов М.А. Спектральиые параметры нуклеотидов и полинуклеотидов в D20: Препр. /АН УССР; ИРЭ; 379. - X.: 1989. - 16 с.
25. D'Albis A., Wickens M.P., Gratzer W.B. Base pairing of adenine and uracil derivatives in the presence of water // Biopolymers. - 1975. - Vol. 7. - P. 1423-1435.
Published
2007-06-05
Cited
How to Cite
Semenov, M. A., Boryskina, O. P., & Maleev, V. Y. (2007). Mobility of nucleobases during hydration of double-stranded polynucleotides in thin films. Biophysical Bulletin, 2(19), 20-28. Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/17102
Section
Molecular biophysics
Copyright (c) 2007 Biophysical visnik
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
