ИК-спектроскопия ДНК

 

Поскольку колебания в нуклеиновых кислотах возникают в разных частях макромолекулы, их полосы поглощения можно обнаружить в нескольких спектральных диапазонах. Основные колебания наблюдаются между 1800 и 700 см^-1. В этом диапазоне различают четыре группы полос: полосы поглощения как следствие валентных колебаний двойных связей в плоскости оснований лежат между 1800 и 1500 см^-1; между 1500 и 1250 см^-1 находятся полосы, которые сильно зависят от торсионного угла гликозидов в основании; мощные полосы поглощения сахара и фосфата занимают диапазон 1250–1000 см^-1; ниже 1000 см^-1 располагаются полосы, возникающие в результате сопряжения колебаний основной фосфодиэфирной цепи и колебаний групп сахара.

ИК-спектр ДНК, полученный в растворе H₂O, представлен на рисунке 57.11(а). На увеличенном участке спектра можно увидеть область, соответствующую колебаниям фосфатных групп. Наблюдается также значительный вклад H₂O в поглощение, что делает проблематичным получение информации в области около 1600 см^-1 и ниже 1000 см^-1. Для решения этой проблемы спектр той же молекулы был записан в растворе D₂O (рис. 57.11б). Очевидно, что использование смеси H₂O/D₂O делает возможным анализ спектров.

 

(а) (б)

 

Рис. 57.11 ИК-спектры ДНК в растворе: а) в Н₂О, б) в D₂O. На вставках показаны участки спектра, обусловленные в основном колебаниями фосфатных групп (1350-1000 см^-1), колебаниями двойных связей оснований в плоскости самих оснований (1740-1570 см^-1) и колебаниями сахарофосфатного остова (1000-800 см^-1) (Taillandier and Liquier, 1992)

 

ИК-спектроскопия открывает доступ к самой разнообразной информации о структуре ДНК. Например, можно описать геометрию молекулы, используя так называемые «ИК-маркерные полосы», которые чувствительны к изменению конформации. В Таблице 57.6 приведены наиболее известные ИК-маркерные полосы, принадлежащие А, B и Z конформациям двойной спирали ДНК. Они используются при исследовании переходов из одной конформации в другую (B→A, B→Z, спираль→клубок) при изменении таких факторов, как температура, гидратация, концентрация макромолекул, а также концентрация и тип противоионов. Если раствор содержит смесь различных конформаций, то для количественной оценки содержания отдельных геометрических форм в образце используется компьютерное моделирование, основанное на сравнении наблюдаемых маркерных полос с «чистыми» спектрами. ИК-спектры также содержат полезную информацию об узнавании ДНК-последовательностей различными молекулами, такими как олигонуклеотиды, лекарства и белки.

 

Таблица З2.6 Основные маркеры инфракрасных полос (в см^-1) А- В- и Z-ДНК

 

Конформация	Соотнесение
А	B	Z
			В плоскости двойного растяжения оснований
			А-Т основания
			Деоксирибоза
			dA*dG анти
			dA*dG син
			dT
			dA
			dG
			T
			G
			Асимметричное растяжение фосфатов
			Деоксирибоза
			Деоксирибоза