Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 23. Комп'ютерне моделювання «напівінтеркаляцшної» взаємодії монометинових ціанінових барвників з GCTA.TAGC-фрагментом ДНК

Abstract

Для шести пирилиевых и пиридиновых монометиновых циани­новых красителей осуществлено компьютерное моделирование ДНК-комплексов с использованием методов ММ+, AMBER, РМЗ и CNDO/2 пакета программ Hyperchem 5.0. Оптимизи­рована геометрия комплексов, для красителей в свободном состоянии и в комплексах рассчитано распределение заряда для основного (S0) и возбужденного (St) состояний, а также потенциальные энергии вращения гетероостатков вокруг свя­зей метановой группы. Полученная величина энергии образова­ния комплексов коррелирует со значениями интенсивностей флюоресценции красителей в присутствии ДНК Рассчитан­ные изменения распределения электронной плотности в моле­кулах красителей при образовании комплексов с ДНК расхо­дятся с наблюдаемыми изменениями стоксовых сдвигов. Зна­чения потенциальных энергий вращения указывают на то, что при образовании ДНК-комплекса жесткость фиксации молеку­лы красителя значительно возрастает.

Проведено комп'ютерне моделювання ДНК-комплексів шести пірилієвих і піридинових мономети­ нових ціанінових барвників з використанням методів ММ+, AMBER, РМЗ і CNDO/2 з пакету програм Hyperchem 5.0. Комплекси у відповідності з раніше отриманими нами експериментальни­ми даними побудовано згідно з моделлю «напівінтеркаляції» так, що інтеркалювало лише бензотіазолове ядро. Після оптимізації геометрії така структура комплексів зберігається. Для барвників у вільному стані і в комплексах розраховано розподіл заряду для основного (So) і збудженого (Si) станів та визначено потенціальні енергії повертання гетерозалишклів навколо зв'язків метинової групи. Величина енергії комплексів корелює із значеннями інтенсивностей флюоресценції барвників у присутності ДНК. Електронна густина на інтеркалюючому ядрі при утворенні комплексів зростає для всіх барвників, окрім Cyan 40. Це протирічить її реальному перерозподілу, який проявляється, зокрема, в змінах стоксових зсувів. Значення потенціальних енергій обертання вказують на те, що при утворенні ДНК-комплексів жорсткість фіксації планарної конформації молекули барвника значно збільшується.

Computer simulation of interaction with DNA of six monomethyne cyanine dyes was carried out using MM+, AMBER, PM3 and CNDO/2 methods from Hyperchem 5.0 program packet. Geometry optimization of complexes was carried out, charge density for ground S0 and exited 5] states and potential energies of heterocyeles' rotation around the bonds of methyne group for unbound dyes and dyes in complexes with DNA were calculated. Obtained energies of complexes are in agreement with observed fluorescent intensities of dyes in presence of DNA, Calculated electron density distribution changes in dyes' molecules upon DNA binding diverge with observed Stocks' shift values changes. Rotation potential energy values show that rigidity of fixation of dye's molecule planar conformation increases strongly upon binding to DNA.