Применение метода ЯМР-релаксации для исследования свойств биологических макромолекул в условиях различной влажности

Задача сохранности биологического материала и генетического фонда обуславливает исследования в условиях различной влажности и низких температур.

Нами были исследованы образцы лиофильно высушенной и затем выдержанной при при температуре +15^oC в атмосфере воздуха относительной влажности (О.В.) ~ 0 - 100% препараты ДНК. В ходе опытов температуру изменяли от +15 до -70^оС.

В исследованном диапазоне влажностей вода связана с матрицей ДНК, т.е. является связанной водой, свободной воды, которая есть в растворах, в данном случае не наблюдается. Поэтому с точки зрения магнитного резонанса подобные системы уже адекватно не описываются феноменологическими уравнениями Ф.Блоха, справедливыми для маловязких растворов и малых молекул, и форма сигнала ЯМР-релаксации не является строго экспоненциальной.

Известно, что при О.В.< 70% практически отсутствует высокоупорядоченная вторичная структура ДНК. Она формируется в довольно узком интервале относительных влажностей. Для Na-ДНК этот интервал лежит в диапазоне ~70-75% О.В.

Проведены исследования по изменению содержания связанной воды и динамических параметров системы при понижении температуры.

Анализ формы суммарной кривой поперечной намагниченности от изученных образцов показал, что она состоит из двух компонент, одна из которых соответствует протонам связанной воды, а вторая – протонам биополимера.

Из полученных данных следует, что для препаратов ДНК, увлажненных при значениях О.В. воздуха больше 70%, при которых существует двухспиральная структура Na-ДНК, при отрицательных температурах наблюдается два типа структурных перестроек. Более низкотемпературный переход связан с замерзанием определенного количества связанной воды. При этом во всех исследуемых препаратах при Т ~ -70^oC остаются ~4-6 молекул невымерзшей воды на нуклеотид. Температура другого перехода лежит в интервале –5 - -15^oC и зависит от первоначальной влажности образца. Этот переход, регистрируемый по аномальному поведению времени спин-спиновой релаксации протонов биополимера и связанной воды, обусловлен структурными перестройками (как в гидратной оболочке ДНК, так и в самой биополимерной матрице), не связанными с вымерзанием молекул воды. Осбенность этого перехода заключается в том, что он носит достаточно резкий, лавинообразный характер и по типу относится к ,так называемым, кооперативным переходам.

При О.В. менее 70%, что соответствует содержанию воды меньше, чем 7-8 молекул на нуклеотид, когда высокоупорядоченная структура ДНК практически отсутствует, на температурных зависимостях поперечной релаксации протонов ДНК, связанной воды и ее количества никаких особенностей не наблюдается.

Литература

1. Новиков И.А., Рыжов В.Г., Волков В.Я.

Исследование системы ДНК-связанная вода в области отрицательных температур методом ЯМР-релаксации. - Пятое Всесоюзное совещание “Конформационные изменения биополимеров в растворах”, Тезисы докладов, Телави, 1980.

2. Новиков И.А., Рыжов В.Г., Волков В.Я.

Конформационные переходы в системе ДНК-связанная вода в области отрицательных температур по данным импульсного ЯМР. - I Всесоюзный биофизический съезд, Тезисы докладов, Т.1, с.54, 1982.

3. Новиков И.А., Рыжов В.Г.

Влияние содержания связанной воды на свойства системы ДНК-Н₂О при отрицательных температурах по данным ЯМР. - Вторая Всесоюзная конференция по теоретическим и прикладным вопросам криобиологии, Т.1, с.64, Харьков, 1984.

4. Родин В.В., Новиков И.А., Рыжов В.Г., Волков В.Я.

Состояние системы “ДНК-связанная вода-ксенон” при отрицательных температурах по данным метода ЯМР. - Пятая Всесоюзная конференция по спектроскопии биополимеров. Тезисы докладов, Харьков, 1984.

Home                                                   Back