Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Механізм взаємодії монометинового ціанінового барвника Cyan 40 з двоспіральною ДНК: дослідження методами комп'ютерного моделювання

Abstract

Механізм взаємодії ціанінового барвника Cyan 40 з молекулами ДНК вивчено методами комп'ю­терного моделювання. Оцінено енергію взаємодії термінальних частин ππ-електронних хмар гетероциклічних кілець нуклеотидних основ ДНК та барвника Cyan 40 методами ab initio. Запропоновано механізм взаємодії Cyan 40 з молекулами ДНК відповідно до моделі повної інтеркаляції. На основі комбінованих розрахунків методами Amber, ММ+, AM J, РМЗ та ab initio доведено енергетичну вигідність зв'язування Cyan 40 з ДНК за механізмом повної інтеркаляції порівняно з механізмом напівінтеркаляції. Знайдено ряд метастанів, що ілюструють гіпотезу послідовної взаємодії Cyan 40 з ДНК в три етапи: асоціація з ДНК у малій борозенці, взаємодія з ДНК за типом напівінтеркаляції бензотіазоловим кільцем та остаточна фіксація Cyan 40 між парами основ ДНК за механізмом повної інтеркаляції.

Механизм взаимодействия цианинового красителя Cyan 40 с молекулами ДНК изучен методами компьютерного моделирования. Оценена энергия взаимодействия терминальных тетей π-электронных облаков гетероциклических колец нуклеотидных оснований ДИК и красителя Cyan 40 методами ab initio. Предложен механизм взаимодействия Cyan 40 с молекулами ДНК согласно модели полной интеркаляции. На основании комбинированных расчетов методами Amber, ММ+, AMU РМЗ и ab initio доказана энергетическая выгодность связыва­ния Cyan 40 с ДНК по механизму полной интеркаляции по сравнению с механизмом полу интеркаляции. Найден ряд метасостояний, иллюстрирующих гипотезу последовательного взаимодействия Cyan 40 с ДНК в три этапа: ассоциация с ДНК в малой бороздке, взаимодействие с ДНК по типу полуинтеркаляции бензотиазоловым кольцом и окончательная фиксация Cyan 40 между парами оснований ДНК по механизму полной интеркаляции.

The mechanism of interaction of cyanine dye Cyan 40 and DNA was studied by molecular modelling methods. The energy of interaction of the terminal parts of π-electrons clouds of aromatic heterocycles of DNA bases with Cyan 40 molecule was calculated by ab initio methods. We supposed that Cyan 40 interacted with dsDNA according to full-intercalation binding mode. Using combination of Amber, MM+, AMI, PM3 and ab initio calculation methods, the full-intercalation interaction of Cyan 40 with DNA was proved to be more favourable energetically than half-intercalation one. The series of the dye-DNA complex metastates were found, illustrating the hypothesis of three consequent stages of Cyan 40 interaction with DNA: (1) association of Cyan 40 with DNA minor groove, (2) interaction by half-intercalation mechanism, and (3) fixation of Cyan 40 between DNA bases pairs by the mechanism of full-intercalation.