Изменение стабильности Z-формы ДНК в зависимости от ионной силы. Сравнение теории с экспериментом

Abstract

Полиэлектролитная теория В – Z-перехода предсказывает немонотонную зависимость стабильности Z-формы от концентрации электролита. Опубликованные данные о двойном Z – В – Z-переходе с ростом концентрации соли в растворе поли [д(Г–м⁵Ц)] допускают альтернативное объяснение первого (Z – В) перехода за счет вытеснения примесных ионов Mg²⁺ и Са²⁺ ионами Na⁺. Чтобы решить эту дилемму, мы провели эксперименты с поли[д(Г–м⁵Ц)], в которых наряду с электростатическим вкладом в B–Z-равновесие варьировали неэлектростатический вклад добавлением малых количеств неэлектролита (этанол). И теория, и эксперимент показывают, что максимум стабильности В-формы находится вблизи 0,1 М NaCl. Была рассчитана также энергия B/Z-границы: 3,6±0,1 ккал/моль. Таким образом, согласно нашим данным, низкоионный переход имеет чисто полиэлектролитную природу, т. е. обусловлен большей линейной плотностью заряда в В-форме по сравнению с Z-формой.

Поліелектролітна теорія В–Z-переходу передбачає немонотонну залежність стабільності Z-форми від концентрації електроліту. Опубліковані дані щодо подвійного Z–В–Z-перехіду зі зростанням концентрації солі у розчині полі [д(Г–м⁵Ц)] допускають альтернативне пояснення першого (Z–В)-переходу за рахунок витіснення домішкових іонів Mg²⁺ і Са²⁺ іонами Na⁺. Щоб вирішити цю дилему, ми провели експерименти з полі[д(Г–м⁵Ц)], у яких поряд з електростатичним внеском у B/Z-рівновагу варіювали неелектростатичний внесок додаванням малих кількостей неелектроліту (етанол). І теорія, і експеримент показують, що максимум стабільності В-форми знаходиться поблизу 0,1 М NaCl. Розраховано також енергію B/Z-межі: 3,6±0,1 ккал/моль. Таким чином, згідно з нашими даними, низькоіонний перехід має чисто поліелектролітну природу, тобто обумовлений більшою лінійної щільністю заряду у В-формі порівняно з Z-формою.

The polyelectrolyte theory for the B – Z transition has been tested with poly[d(G-m⁵C)] by changing the non-electrostatic contribution to the free energy difference between the B and Z forms. The non-electrostatic term was varied by addition of ethanol, a non-electrolyte. The experiments confirmed a bell-shaped dependence of the Z form stability on counterion concentration, the maximum B form stability being at 0.1 M NaCl. In accordance with the theory the widths of the Z-to-B transition at low ionic strengths (<0.01), when expressed in logarithms, are equal. A value of 3.6 kcal/mol was obtained for the free energy of the B/Z junction in poly[d(G-m⁵C)]. These findings make it possible to believe that an explanation of the low ionic strength reverse Z to B transition, based on an idea of pushing out the contaminating polyvalent ions by Na⁺, is unlikely.