Hydration changes under complexation of dna with some intercalators
Keywords:
DNA, hydration, complex, ethidium bromide, proflavine, propidium iodide, dielectric permittivity
Abstract
The dielectric properties of water solutions of some intercalators (ethidium bromide, proflavine, propidium iodide) and complexes of DNA with these substances were investigated in the range of millimeter wavelengths. The extent of hydration and probable hydration-active centers were determined for ligands studied. It was found that the complexation is accompanied by changes in the dielectric properties of solutions induced by changes in the hydration shell of DNA. It is shown that the observed decrease of dielectric permittivity corresponds to the notable increase of DNA hydration. The obtained results are compared with known data and are analyzed using the models for interaction between DNA and
intercalators.
Downloads
Download data is not yet available.
References
1. Qu X., Chaires J.B. Hydration changes for DNA intercalation reactions // J. Am. Chem. Soc. – 2001. – V.123. – P.1-7.
2. Han F., Chalikian T.V. Hydration changes accompanying nucleic acid intercalation reactions: volumetric characterizations // J. Am. Chem. Soc. – 2003. – V.125 – P.7219-7229.
3. Shimizu S. Estimating hydration changes upon biomolecular reactions from osmotic stress, high pressure, and preferential hydration experiments // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2004. – V.101. – P.1195-1199.
4. Yonetani Y., Maruyama Y., Hirata F. et al. Comparison of DNA hydration patterns obtained using two distinct computational methods, molecular dynamics simulation and three-dimensional reference interaction site model theory // J. Chem. Phys. – 2008. – V.128. – P.185102-1 –185102-9.
5. Auffinger P., Westhof E. Water and ion binding around RNA and DNA (C,G) oligomers // J. Mol. Biol. – 2000. –V.300. – P.1113-1131.
6. Craig D.Q.M. Dielectric Analysis of Pharmaceutical Systems. – London – Bristol, Taylor & Francis, 1995. – 246 p.
7. Хорунжая О.В., Кашпур В.А., Красницкая А.А., Малеев В.Я. Влияние гамма излучения на гидратацию и структуру комплекса ДНК – кофеин // Бiофiз. вiсник. – 2005. – Вип.1(15). – С.68-72.
8. Хорунжая О.В., Кашпур В.А., Малеев В.Я. Гидратация комплексов ДНК с полиаминами // Бiофiз. вiсник. – 2009. – Вип.1(22). – C.5-13.
9. Фаддеева М.Д., Беляева Т.Н. ДНК-интеркаляторы: взаимодействие с ДНК и другими клеточными компонентами и применение в биологических исследованих // Цитология. – 1991. – Т.33. – С.3-22.
10. Martinez R., Chacon-Garcia L. The search of DNA-intercalators as antitumoral drugs: what it worked and what did not work // Current Medicinal Chemistry. – 2005. – V.12. – P.1345-1359.
11. Кашпур В.А., Малеев В.Я., Щеголева Т.Ю. Исследование гидратации глобулярных белков диф-ференциальным диэлектрическим методом // Молекулярная биология. – 1976. – Т.10. – С.568-575.
12. Кашпур В.А., Малеев В.Я., Хорунжая О.В. Применение метода дифференциальной КВЧ диэлектрометрии в молекулярной биофизике // Радиофизика и электроника. – 2008. – Т.13. Спец. вып. – С.446-454.
13. Ellison W.J., Lamkaouchi K., Moreau J.-M. Water: a dielectric reference // J. Molec. Liquids. – 1996. – V.68. – P.171-279.
14. Buchanan T.J., Haggis G.M., Hasted J.B et al. The dielectric estimation of protein hydration // Proc. Roy. Soc. – 1952. – V.A213. – P.379-391.
15. Wei Y., Sridhar S. Biological applications of a technique for broadband complex permittivity measurements // IEEE. MTT-S Digest. – 1992. – P.1271-1274.
16. Mashimo S., Kuwabara S., Yagihara S., et al. Dielectric relaxation time and structure of bound water in biological materials // J. Phys. Chem. – 1987. – V.91. – P.6337-6338.
17. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. – М.: Мир, 1987. – 584 с.
18. Bastos M., Castro V., Mrevlishvili G. et al. Hydration of ds-DNA and ss-DNA by neutron quasielastic scattering // Bioph. J. – 2004. – V.86. – P.3822-3827.
19. Garbett N.C., Hammond N.B., Graves D.E. Influence of the amino substituents in the interaction of ethidium bromide with DNA // Bioph. J. – 2004. – V.87. – P.3974-3981.
20. Kharakoz D.P. Partial molar volumes of molecules of arbitrary shape and the effect of hydrogen bonding with water // J. Solut. Chem. – 1992. – V.21. – P.569-595.
21. Ахадов Я.Ю. Диэлектрические свойства бинарных растворов. – М.: Наука, 1977. – 400 с.
22. Wachter W., Kunz W., Buchner R. Is there an anionic Hofmeister effect on water dynamics? Dielectric spectroscopy of aqueous solutions of NaBr, NaI, NaNO3, NaClO4, and NaSCN // J. Phys. Chem. A. – 2005. – V.109. – P.8675-8683.
23. Бреслер С.Е. Введение в молекулярную биологию. – М.: Наука, 1970. – 580 с.
24. Кудряшов Е.Д., Букин В.А. Брагинская Ф.И. Объемный эффект и изменение сжимаемости при интеркаляции этидиума бромида и дауномицина в ДНК // Биофизика. – 1998. – Т.43. – С.40-45.
25. Костюков В.В., Хомутова Н.М., Евстигнеев М.П. Изменение гидратации при комплексообразовании ароматических лигандов с ДНК: моделирование методом молекулярной динамики // Биоп. и клетка. – 2010. – Т.26. – С.36-44.
26. Замятнин А.А. Дилатометрия растворов белков. – М.: Наука, 1973.– 102 с.
27. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. – Л-д.: Наука, 1978.– 392с.
28. Marky L.A., Kupke D.W., I. Kankia B.I. Volume changes accompanying interaction of ligands with nucleic acids // Methods Enzymol. – 2001. – V.340. – P.149-165.
29. Хорунжая О.В., Кашпур В.А., Красницкая А.А., Малеев В.Я. Гидратация производного актиноцина и его интактного и γ облученного комплексов с ДНК по данным КВЧ диэлектрометрии // Бiофiз. вiсник. – 2009. – Вип.1(22). – С.20-23.
30. Schneider B., Ginell S.L., Berman H.M. Low temperature structures of dCpG-proflavine. Conformational and hydration effects // Biophys. J. – 1992. – V.63. – P.1572-1578.
2. Han F., Chalikian T.V. Hydration changes accompanying nucleic acid intercalation reactions: volumetric characterizations // J. Am. Chem. Soc. – 2003. – V.125 – P.7219-7229.
3. Shimizu S. Estimating hydration changes upon biomolecular reactions from osmotic stress, high pressure, and preferential hydration experiments // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2004. – V.101. – P.1195-1199.
4. Yonetani Y., Maruyama Y., Hirata F. et al. Comparison of DNA hydration patterns obtained using two distinct computational methods, molecular dynamics simulation and three-dimensional reference interaction site model theory // J. Chem. Phys. – 2008. – V.128. – P.185102-1 –185102-9.
5. Auffinger P., Westhof E. Water and ion binding around RNA and DNA (C,G) oligomers // J. Mol. Biol. – 2000. –V.300. – P.1113-1131.
6. Craig D.Q.M. Dielectric Analysis of Pharmaceutical Systems. – London – Bristol, Taylor & Francis, 1995. – 246 p.
7. Хорунжая О.В., Кашпур В.А., Красницкая А.А., Малеев В.Я. Влияние гамма излучения на гидратацию и структуру комплекса ДНК – кофеин // Бiофiз. вiсник. – 2005. – Вип.1(15). – С.68-72.
8. Хорунжая О.В., Кашпур В.А., Малеев В.Я. Гидратация комплексов ДНК с полиаминами // Бiофiз. вiсник. – 2009. – Вип.1(22). – C.5-13.
9. Фаддеева М.Д., Беляева Т.Н. ДНК-интеркаляторы: взаимодействие с ДНК и другими клеточными компонентами и применение в биологических исследованих // Цитология. – 1991. – Т.33. – С.3-22.
10. Martinez R., Chacon-Garcia L. The search of DNA-intercalators as antitumoral drugs: what it worked and what did not work // Current Medicinal Chemistry. – 2005. – V.12. – P.1345-1359.
11. Кашпур В.А., Малеев В.Я., Щеголева Т.Ю. Исследование гидратации глобулярных белков диф-ференциальным диэлектрическим методом // Молекулярная биология. – 1976. – Т.10. – С.568-575.
12. Кашпур В.А., Малеев В.Я., Хорунжая О.В. Применение метода дифференциальной КВЧ диэлектрометрии в молекулярной биофизике // Радиофизика и электроника. – 2008. – Т.13. Спец. вып. – С.446-454.
13. Ellison W.J., Lamkaouchi K., Moreau J.-M. Water: a dielectric reference // J. Molec. Liquids. – 1996. – V.68. – P.171-279.
14. Buchanan T.J., Haggis G.M., Hasted J.B et al. The dielectric estimation of protein hydration // Proc. Roy. Soc. – 1952. – V.A213. – P.379-391.
15. Wei Y., Sridhar S. Biological applications of a technique for broadband complex permittivity measurements // IEEE. MTT-S Digest. – 1992. – P.1271-1274.
16. Mashimo S., Kuwabara S., Yagihara S., et al. Dielectric relaxation time and structure of bound water in biological materials // J. Phys. Chem. – 1987. – V.91. – P.6337-6338.
17. Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. – М.: Мир, 1987. – 584 с.
18. Bastos M., Castro V., Mrevlishvili G. et al. Hydration of ds-DNA and ss-DNA by neutron quasielastic scattering // Bioph. J. – 2004. – V.86. – P.3822-3827.
19. Garbett N.C., Hammond N.B., Graves D.E. Influence of the amino substituents in the interaction of ethidium bromide with DNA // Bioph. J. – 2004. – V.87. – P.3974-3981.
20. Kharakoz D.P. Partial molar volumes of molecules of arbitrary shape and the effect of hydrogen bonding with water // J. Solut. Chem. – 1992. – V.21. – P.569-595.
21. Ахадов Я.Ю. Диэлектрические свойства бинарных растворов. – М.: Наука, 1977. – 400 с.
22. Wachter W., Kunz W., Buchner R. Is there an anionic Hofmeister effect on water dynamics? Dielectric spectroscopy of aqueous solutions of NaBr, NaI, NaNO3, NaClO4, and NaSCN // J. Phys. Chem. A. – 2005. – V.109. – P.8675-8683.
23. Бреслер С.Е. Введение в молекулярную биологию. – М.: Наука, 1970. – 580 с.
24. Кудряшов Е.Д., Букин В.А. Брагинская Ф.И. Объемный эффект и изменение сжимаемости при интеркаляции этидиума бромида и дауномицина в ДНК // Биофизика. – 1998. – Т.43. – С.40-45.
25. Костюков В.В., Хомутова Н.М., Евстигнеев М.П. Изменение гидратации при комплексообразовании ароматических лигандов с ДНК: моделирование методом молекулярной динамики // Биоп. и клетка. – 2010. – Т.26. – С.36-44.
26. Замятнин А.А. Дилатометрия растворов белков. – М.: Наука, 1973.– 102 с.
27. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. – Л-д.: Наука, 1978.– 392с.
28. Marky L.A., Kupke D.W., I. Kankia B.I. Volume changes accompanying interaction of ligands with nucleic acids // Methods Enzymol. – 2001. – V.340. – P.149-165.
29. Хорунжая О.В., Кашпур В.А., Красницкая А.А., Малеев В.Я. Гидратация производного актиноцина и его интактного и γ облученного комплексов с ДНК по данным КВЧ диэлектрометрии // Бiофiз. вiсник. – 2009. – Вип.1(22). – С.20-23.
30. Schneider B., Ginell S.L., Berman H.M. Low temperature structures of dCpG-proflavine. Conformational and hydration effects // Biophys. J. – 1992. – V.63. – P.1572-1578.
Cited
How to Cite
Khorunzhaya, O. V., Kashpur, V. A., Pesina, D. A., & Maleev, V. Y. (1). Hydration changes under complexation of dna with some intercalators. Biophysical Bulletin, 1(24). Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/3864
Section
Molecular biophysics
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).
