Комплексы-ДНК-ПАВ в малополярных органических средах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.06, кандидат химических наук Пышкина, Ольга Александровна

• Пышкина, Ольга Александровна
• кандидат химических наук
• 1997

Оглавление диссертации кандидат химических наук Пышкина, Ольга Александровна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА I ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Комплексы шбкоцепных линейных полиэлектролитов и поверхностно-активных веществ в органических растворителях

1.2 Взаимодействие иономеров с полярными и амфифильными соединениями в органических растворителях

1.3 Особенности ДНК как природного полиэлектролита

1.3.1 Свойства ДНК в растворах

1.3.2 Взаимодействие ДНК с поверхностно-активными веществами в водных растворах. 29 ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Объекты исследования

2.2 Приготовление образцов

2.3 Методы исследования. 38 ГЛАВА III РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Комплексы ДНК-ПАВ в водной среде

3.1.1 Взаимодействие ДНК с ПАВ в водной среде

3.1.2 Морфология комплексов ДНК-ПАВ, полученных из водного раствора

3.2 Комплексы ДНК-ПАВ в малополярных органических растворителях

3.2.1 Растворимость комплексов ДНК-ПАВ в малополярных органических растворителях

3.2.2 Свойства комплексов ДНК-ПАВ в малополярных органических растворителях

3.3 Перенос комплексов ДНК-ПАВ через границу раздела фаз вода/органический растворитель/вода

3.3.1 Перенос комплексов ДНК-ПАВ через границу раздела фаз вода/органический растворитель

3.3.2 Устойчивость комплексов ДНК-ПАВ в присутствие низкомолекулрного электролита

3.3.3 Условия и механизм переноса комплексов ДНК-ПАВ через границу раздела фаз органический / водный раствор низкомолекулярного электролита. 100 ВЫВОДЫ 106 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексы-ДНК-ПАВ в малополярных органических средах»

ВВЕДЕНИЕ

Процесс взаимодействия полиэлектролитов и поверхностно-активных веществ последние десятилетия изучают на примере очень широкого круга синтетических реагентов. Показано, что формирование в результате таких реакций полимер-коллоидных комплексов имеет много общего с процессами самоорганизации в биологических системах [1,2]. Поэтому сравнительно недавно для исследования комплексообразования стали применять природные биополимеры - ДНК и РНК и природные поверхностно активные вещества - липиды [3,4]. В основном такие работы посвящены изучению реакций, протекающих в водной фазе [5], и лишь в последние годы появились работы [6,7], в которых предприняты попытки к переводу продуктов таких реакций в неводные среды.

В настоящей работе впервые проведено комплексное исследование комплексов природного жесткоцепного биополимера ДНК с синтетическими катионными поверхностно-активными веществами в малополярных органических растворителях, изучены их физико-химические свойства и морфология. Эти исследования имеют двойное значение. Во-первых, перевод подобных комплексов в неводные среды позволяет применять к их изучению широкий спектр физико-химических методов исследования растворов полимеров, в то время как в водной среде большинство таких методов неприменимы вследствие нерастворимости комплексов в воде. Во-вторых, растворение комплексов ДНК-поверхностно-активное вещество в органических растворителях в какой-то мере моделирует одну из стадий жизненно важного биологического процесса - прохождение макромолекулами ДНК клеточной мембраны при трансформации, что позволяет наиболее близко подойти к изучению механизма трансформации на модельных системах. И в-третьих, исследования свойств и морфологии комплексов ДНК в средах с различной полярностью, как оказалось, имеют фундаментальное значение при изучении механизма компактизации ДНК.

Заключение диссертации по теме «Высокомолекулярные соединения», Пышкина, Ольга Александровна

выводы.

1. Показано, что в результате реакции между макромолекулами ДНК и противоположно заряженными ионами ПАВ в разбавленных водных растворах образуются агрегаты стехиометричных комплексов ДНК-ПАВ, имеющие форму тора.

2. Установлено, что тщательно высушенные комплексы ДНК-ПАВ независимо от молекулярной массы ДНК способны растворяться в малополярных органических растворителях с сохранением двуспиральной нативной конформации макромолекул ДНК.

3. Впервые обнаружено, что комплексы ДНК-ПАВ в хлороформе независимо от молекулярной массы ДНК имеют компактную конформацию. При исследовании морфологии таких комплексов, полученных из хлороформа, методами СТМ и АСМ обнаруживаются торообразные частицы, включающие в среднем одну молекулу ДНК. Таким образом, растворение комплексов в хлороформе сопровождается диспергированием их частиц до молекулярных размеров.

4. Впервые обнаруженное явление компактизации макромолекул ДНК в неполярном растворителе объяснено особенностями двунитевой структуры ДНК как таковой, т.е. внутренним свойством незаряженной двойной спирали.

5. Обнаружен перенос комплексов ДНК-ПАВ через границы раздела фаз вода/органический растворитель/водный раствор NaCl, который может служить моделью трансмембранного переноса ДНК.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Пышкина, Ольга Александровна, 1997 год

Список литературы.

1. Sibatani A. //Anal. Biochem., 1970, v. 33, p. 279-285.

2. Trewavas A. // Anal. Biochem., 1967, v. 21, p. 324-329.

3. Pontius B.W., Berg P. // Proc. Natl. Acad. Sei. U.S.A., 1991, v. 88, p. 82378241.

4. Geek P., Nasz. I. //Anal. Biochem., 1983, v. 135, p. 264-268.

5. Bustamante C. //Annu. Rev. Biophys. Chem., 1991, v. 20, p. 415-446.

6. Reimer D. L., Zhang Y.-P., Kong S., Wheeler J.J., Graham R., Bally M.B. // Biochemistry, 1995, v. 34, p. 12877-12883.

7. Wong F.M.P., Reimer D.L., Bally M.B. // Biochemistry, 1996, v. 35, p. 5756-5763.

8. Goddard E.D. // Colloids and surfaces. 1986., v. 19, p. 301-329.

9. Зезин А.Б., Фельдштейн M.M. // Молек. Биол., 1974, N 1, с. 142-153.

10. Мусабеков К.Б.,Авилов Ж.К., Самсонов Г.В. // Коллоидн. ж., 1978, т. 40, N 4, с. 694-699.

11. Ибрагимова З.Х., Касаикин В.А., Зезин А.Б., Кабанов В.А. // Высокомолек. соед., сер. А, 1986, т. 28, N 8, с. 1640-1646.

12. Dubin P.L., The S.S., Gan L.M.,Chew C.H. // Macromolecules, 1990, v. 23, p. 2300-2306.

13. Dubin P.L., Gan L.M.,Chew C.H. // J. Colloid Interface Sci;, 1989, v. 128, N 2, p. 566-576.

14. Бакеев K.H., Ян Мин Шу, Зезин А.Б., Кабанов В.А. // Докл. Акад. Наук, 1993, т. 332, N 4, с. 450-453.

15. Bakeev K.N., Yang Ming Shu, MacKnight W.J., Zezin A.B., Kabanov V.A. // Macromolecules, 1994, v. 27, N 1, p. 300-302.

16. Лезов A.B., Мельников А.Б., Коломиец И.П., Рюмцев Е.И., Бакеев КН., Ян Мин Шу, Зезин А.Б., Макнайт В.Дж., Кабанов В,А. // Высокомолек. соед., Сер. А, 1995, т. 37, N 11, с. 1904-1909.

17. Bakeev K.N., Yang Ming Shu, Zezin A.B., Kabanov V.A., Lezov A.Y., Mel'nikov A.B., Kolomiets LP., Rjumtsev E.I., Mac Knight W.J., // Macromolecules, 1996, v. 29, N 4, p. 1320-1325.

18. Лезов A.B., Коломиец И.П., Рюмцев Е.И., Бакеев КН., Ян Мин Шу, Зезин А.Б., Макнайт В.Дж., Кабанов В.А. // Высокомолек. соед., Сер. А, 1995, т. 37, N 11, с. 1910-1915.

19. Ян Мин Шу Новый тип иономеров на основе нестехиометричных комплексов линейный полиэлектролит - противоположно заряженный ПАВ. // Дисс. канд. хим. наук. М, МГУ. 1995.

20. Rebenfeld L., Makarewicz P.J., Weigmann H.D., Wilkes G.L. // J. Macromol. Sei. Rev. Macromol. Chem. 1976. v. 15, N 2, p. 279-393.

21. Ratajczak H., Orville-Thomas W.J. Molecular Interactions. N.Y. // N.Y.: Wiley-Intersci. Publ. 1981. v. 2., p. 600.

22. Ternay A.L.Jr. Contemporary Organic Chemistry. // Philadelphia: W.B. Saunders Co., 1979. v. 1, p. 680.

23. Цветков B.H. Жесткоцепные полимерные макромолекулы. // Л.: Наука, 1986.

24. Kabanov А.V., SergeevV.G., Foster M.S., Kasaikin V.A., Levashov A.V., Kabanov V.A. // Macromolecules. 1995, v. 28, N 10, p. 3657-3663.

25. Lundberg R.D., Phillips R.R. // Journal of Polymer Science: Part B: Polymer physics, 1989, vol. 27, p. 245-260.

26. Lundberg R.D.,Makowski H.S. // Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition, 1980, vol. 18, p. 1821-1836.

27. Lundberg R.D. // Journal of Applied Polymer, 1982, vol. 27, p. 4623-4635.

28. Lundberg R.D. // Ibid., 1986, vol. 31, p. 1843.

29. Peiffer G.D., Lundberg R.D. // Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition, 1984, vol. 22, p. 2051-2062.

30. Бакеев K.H., Чугунов C.A., Ларина T.A., Макнайт В.Дж.,Зезин А.Б., Кабанов В.А. // Высокомолекулярные соединения 1994, том 36, № 2, с. 247-256.

31. Бакеев К.Н., Чугунов С.А., Ларина Т.А., Макнайт В.Дж.,Зезин А.Б., Кабанов В.А. // Доклады Академии Наук, 1994, том. 334, № 3, с. 323325.

32. Bakeev K.N., Teraoka I., Chugunov S.A., Macknight W.J., Zezin A.B., Kabanov V.A. // Macromolecules, 1994, vol. 27, № 14, p. 3926-3932.

33. Чугунов C.A., Комплексы на основе иономеров и поверхностно-активных веществ. // Дисс. канд. хим. наук, М., Химический факультет МГУ, 1995, 138 с.

34. Watson J., Crick F. // Nature 1953, v. 171, p.737.

35. Langridge R., Wilson H., Hooper C., Wilkins H., Hamilton L. // J. Mol. Biol. 1960, v. 2, p. 19.

36. Peruts M.F., Kendrew J.C., Watson H.C. // J. Mol. Biol., 1965, v. 13, p. 669.

37. Грин E. и др., Биология, 1 т., Пер. с англ. // М.: Мир, 1990, с. 184-188.

38. Кемп П. и др., Введение в биологию, Пер. с англ. // М.: Мир, 1988, с. 356-359.

39. Bram S. // J. Mol. Biol. 1971, v. 58, N 1, p. 277.

40. Levitt M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1978, v. 75, N 2, p. 640.

41. Behe M. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1981, v. 78, N 3, p. 1619.

42. Strauss et al. // Eur. J. Biochem. 1981, v. 118, N 2, p. 215.

43. Hayakawa K, Santerre J.P., Kwak J.C.T. // Biophys. Chem. 1983, v. 17, p. 175.

44. Record M.T. // Biopolymers 1967, v. 5, p. 993.

45. Sikorav J.-L. et al. // J. Biophys. 1994, v. 67, p. 1387.

46. Rill R.L. et al. // J. Biol. Chem. 1983, v. 258, N 1, p.250.

47. Франк-Каменецкий М.Д. Самая главная молекула. / М.: Наука, 1988, с. 37.

48. Физико-химические методы молекулярной биологии. / М.: Изд-во Моск.Ун-та, 1978, с. 19.

49. Chatteijee R., Mitra S.P., Chattoraj D.K. // Ind. J. Biochem. Biophys.

1979, v. 16, p. 22.

50. Birch B.I., Clarke D.E., Lee R.S., Oakes I. //Anal. Chim, Acta 1974, v. 70,

p. 417.

51. Satake I., Yang J.T. // Biopolymers 1976, v. 15, p. 2263.

52. Satake I., Gondo T., Kimizura H. // Bull. Chem. Soc. Jap. 1979, v. 52, p. 361.

53. Shirahama K., Masari T., Takashima K. // in "Microdomains in polymer Solutions", ed. by Dubin P., Plenum., New York, 1985, p. 299.

54. Shirahama K., Takashima K., Takishawa N. // Bull. Chem. Soc. Jap. 1987, v. 60, p. 43-47.

55. Mernikov S.M., Sergeyev V.G., Yoshikawa K. // J. Am. Chem. Soc., 1995, v. 117, pp 2401-2408.

56. Melvnikov S.M., Sergeyev Y.G., Yoshikawa K. // J. Am. Chem. Soc., 1995, v. 117, pp 9951-9956.

57. Minagawa K., Matsuzawa Y., Yoshikawa K., Khokhlov A.R., Doi M. // 1994, Biopolymers, v. 34, p 555.

58. Vasilevskaya V., Khokhlov A.R., Matsuzawa Y., Yoshikawa K. // 1995, J. Chem. Phys., v. 102, p 6595.

59. Yoshikawa Y., Yoshikawa K. // 1995, FEBS Lett., v. 361, p 277.

60. Yoshikawa K., Takahashi M., Vasilevskaya V., Khokhlov A.R: // 1996, Phys. Rev. Lett., v. 76, p 3029.

61. Ueda M., Yoshikawa K. // 1996, Phys. Rev. Lett., v. 77, p 2133.

62. Minagawa K., Matsuzawa Y., Yoshikawa K., Matsumoto M., Doi M. // 1991, FEBS Lett., v. 295, p 65.

63. Kidoaki S., Yoshikawa K. // 1996, Biophys. J., v. 71, p 932.

64. Ananthapadmanabhan K.P. In Interaction of Surfactants with Polymers and Proteins /; Goddard E.D., Ananthapadmanabhan K.P., Eds.; CRS Press: Boca Raton, FL, 1993; pp 5-58.

65. Manning G.S. // Acc. Chem. Res. 1979, 12, 443-449.

66. Manning G.S. // J. Chem. Phys. 1981, 85, pp 870-877.

67. Manning G.S. // Q. Rev. Biophys. 1978, 11, pp 179-246.

68. Amott S., Dover S.D., Wonacott A. // J. Acta Cryst. 1969, B25, pp 21922206.

69. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning. / N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, p E.3.

70. Moiseev Yu.N., Panov V.I., Savinov S.V., VasiTev S.I., Yaminsky I.Y. // Ultramicroscopy, 1992, 42-44, pp 1596-1601.

71. Hansma P.K., Cleveland J.P., Radmacher M., Walters D.A., Hillner P.E., Bezanilla M., Fritz M., Vie D., Hansma H.G., Prater C.B., Massie J., Fukunaga L., Gurley J., Elings V. //Appl. Phys. Lett., 1994, v. 64, N 13, pp 1738-1740.

72. Цветков B.H., Коломиец И.П., Лезов A.B., Степченков A.C. // Высокомолек. соедин., сер. А, 1983, т. 25, № 6, с. 1327.

73. Цветков В.Н. Жесткоцепные полимерные молекулы. / Л. Наука. 1986.

74. Ривс Р.Л., Харкавей Ш.А., Мицеллобразование, солюбилизация и микроэмульсии. // под ред. Миттел К.К., М.: "Мир", 1970.

75. Hayakawa К., Kwak J. //J. Macromolecules, 1983, v. 16,.p. 1642-1645.

76. Яминский И.В. // Дисс. докт. физ.-мат. наук, 1997.

77. Plum G.E., Arscott P.G., Bloomfield V.A. // Biopolymers, 1990, v. 30, pp. 631-643.

78. Arscott P.G., Li An-Zhi, Bloomfield V.A. // Biopolymers, 1990, v. 30, pp. 619-630.

79. Bloomfield V.A. // Nucleic acids, 1997, pp. 334-341.

80. Khandurina Yu.V., Rogacheva V.B., Zezin A.B., Kabanov V.A. // Polymer Science, 1994, v. 36, N 2, pp. 195-198.

81. IvanovY.I., Minchenkova L.E., Schyolkina A.K., PoletaevA.I. // Biopolymers, 1973, v. 12, pp. 89-95.

82. Karasev A.V., Dobrov E.N. // Int. J. Biol. Macromol., 1988, v. 10, pp. 227232.

83. Иванов В.И. "Круговой дихроизм и структура комплементарных нуклеиновых кислот", в кн. "Молекулярная биология. Физические методы в молекулярной биологии" под ред. Волькенштейна М.В., //1973, Москва, сс. 105-138.

84. Бреслер С.Б. Введение в молекулярную биологию. / М.: Наука, 1966.

85. Цветков В.Н., Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворах. / М.: Наука, 1964.

86. Pelta J., Livolant F., Sikorav I.-L. // J. Biol. Chem., 1996, v. 271, n 10, p. 5656-5662.

87. Bloomfield V.A. // Biopolymers, 1991, v. 31, pp. 1471-1481.

88. Marko J.F., Siggia E.D. // Macromolecules, 1995, v. 28, N 26, pp. 87598770.

89. Kabanov V.A., Kabanov A.V. // Macromol. Symp., 1995, v. 98, pp. 601613.

90. Imre V.E., Luisi P.L. // Biochem. Biophys. Res. Commun., 1982, v. 107, N 2, pp. 538-545.

91. Bromberg L.E., Klibanov A.M. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1994, v. 91, pp. 143-147.

92. Ijiro K., Okahata Y. // J. Chem. Soc., Chem. Commun, 1992, N 18, pp. 1339-1341.