Перепелиця С. М. Роль протиіонів лужних металів у конформаційній динаміці двоспіральних полінуклеотидів

У дисертації молекула двоспірального полінуклеотиду з протиіонами лужних металів розглядається, у вигляді гратки іонного кристалу. Динаміка такої гратки досліджувалася в рамках підходу чотирьох мас Волкова і Косевича і теорії іонних кристалів. Для визначення електростатичних взаємодій між зарядами подвійної спіралі та протиіонами розроблено спеціальний підхід для оцінки діелектричної проникності іон-гідратного шару полінуклеотиду та константи Маделунга іон-фосфатної гратки. Отримані значення діелектричної проникності змінюються від 2,3 до 2,6, залежно від типу протиіона. Значення константа Маделунга виявилися близькими до значення одновимірного кристалу (1,386). В результаті показано, що в низькочастотному спектрі двоспіральних полінуклеотидів повинна існувати мода коливань протиіонів відносно фосфатних груп остова подвійної спіралі. Розраховані частоти іон-фосфатних коливань для полінуклеотидів у висушеному стані та для полінуклеотидів у В- та А-формах подвійної спіралі з протиіонами Li+, Na+, K+, Rb+та Cs+. Показано, що при збільшенні маси протиіону частота іон-фосфатних коливань зменшується від 250 до 95 см-1. Розрахунок амплітуд конформаційних коливань показав, що легкі протиіони (Li+, Na+ та K+), рухаючись відносно фосфатних груп остова макромолекули, не збурюють внутрішньої динаміки подвійної спіралі, а важкі протиіони (Rb+ та Cs+) примушують рухатися всі структурні елементи полінуклеотиду. Для спостереження моди іон-фосфатних коливань досліджувалися спектри комбінаційного розсіяння світла водних розчинів Na- та Cs-ДНК. Виявилося, що в обох спектрах спостерігається смуга 100 см-1, інтенсивність якої в спектрі Cs-ДНК майже вдвічі більша, ніж в спектрі Na-ДНК. Підсилення цієї смуги в спектрі Cs-ДНК пояснюється тим, що в неї потрапляє мода іон-фосфатних коливань. Спостереження моди іон-фосфатних коливань підтверджує можливість існування динамічної іон-фосфатної гратки в розчинах двоспіральних полінуклеотидів з протиіонами лужних металів.