Доповіді НАН України, 2019, № 06

Iнформацiя для авторiв журналу “Доповiдi Нацiональної академiї наук України”

Tue, 01 Jan 2019 00:00:00 GMT

Iнформацiя для авторiв журналу “Доповiдi Нацiональної академiї наук України”

On a possibility of the blocking of DNA specific recognition sites by hydrogen peroxide molecules during ion beam therapy

Tue, 01 Jan 2019 00:00:00 GMT

On a possibility of the blocking of DNA specific recognition sites by hydrogen peroxide molecules during ion beam therapy Zdorevskyi, O.O.; Piatnytskyi, D.V.; Volkov, S.N. Ion beam therapy is one of the most effective methods in treatment of cancer diseases. But up to nowadays, the mechanism of action of heavy ions on cancer cells has not been determined yet. Study of water fragmentation processes during ion beam therapy shows that, among different oxygen species, the significant amount of hydrogen peroxide molecules (H₂O₂) occurs in the сell medium. In the present work, the competitive interaction of H₂O₂ and H₂O molecules with specific DNA recognition sites is studied. Interaction energies of complexes consisting of nucleic bases (adenine, thymine, guanine, and cytosine) together with hydrogen peroxide and water molecules are calculated, using the method of atom-atom potential functions and density functional theory. The atomic groups of nuc leic bases that are more energetically favorable to be bound by hydrogen peroxide rather than by water molecule are found. Formation of such complexes can block the process of DNA replication on different stages and can be one of the mechanisms of ion beam action on cancer cells.; Іонна терапія є одним з найефективніших методів лікування ракових захворювань. Але до цього часу механізм дії важких іонів на ракові клітини не визначений. Вивчення процесів фрагментації води під час іонної терапії показує, що серед великої кількості різних фрагментів у середовищі клітини утворюється значна концентрація молекул пероксиду водню (H₂O₂). У роботі наведено результати дослідження конкурентної взаємодії молекул H₂O₂ та H₂O із центрами специфічного розпізнавання ДНК. Енергії взаємодії комплексів, що складаються з нуклеїнових основ (аденін, тимін, гуанін і цитозин) разом з молекулами пероксиду водню і води, обчислені із застосуванням методу атом-атомних потенціальних функцій і теорії функціонала густини. Знайдено атомні групи нуклеїнових основ, які є більш енергетично вигідними для зв’язування з молекулами пероксиду водню, ніж з молекулами води. Утворення таких комплексів може блокувати процес реплікації ДНК на різних етапах і може бути одним з механізмів дії високоенергетичних іонів на ракові клітини.; Ионная терапия является одним из наиболее эффективных методов лечения раковых заболеваний. Но до настоящего времени механизм действия тяжелых ионов на раковые клетки не установлен. Изучение процессов фрагментации воды при ионной терапии показывает, что среди большого количества различных фрагментов в клеточной среде образуется значительная концентрация молекул пероксида водорода (H₂O₂). В работе приведены результаты изучения конкурентного взаимодействия молекул H₂O₂ и H₂O с центрами специфического узнавания ДНК. Энергии взаимодействия комплексов, состоящих из нуклеиновых оснований (аденин, тимин, гуанин и цитозин) вместе с молекулами пероксида водорода и воды, рассчитаны с использованием метода атом-атомных потенциальных функций и теории функционала плотности. Найдены атомные группы нуклеиновых оснований, с которыми молекула пероксида водорода связывается значительно энергетически выгоднее, чем молекула воды. Образование таких комплексов может блокировать процесс репликации ДНК на разных стадиях и может быть одним из механизмов воздействия высокоэнергетических ионов на раковые клетки.

π-Електронна афінність азотистих основ нуклеїнових кислот

Tue, 01 Jan 2019 00:00:00 GMT

π-Електронна афінність азотистих основ нуклеїнових кислот Оберніхіна, Н.В.; Ніколаєв, Р.O.; Качковський, О.Д.; Ткачук, З.Ю. Досліджено відносне розташування фронтальних молекулярних орбіталей азотистих основ нуклеїнових кис лот, пов'язане з їх донорно-акцепторними властивостями як фундаментальною характеристикою спряжених молекул. Для кількісної квантово-хімічної оцінки донорно-акцепторних властивостей пуринових та піримідинових основ запропоновано індекс ϕ₀, за яким визначається зсув енергетичних рівнів відносно збалансованої системи. Азотисті основи розділені строго на дві групи: переважно донори — пуринові основи (ϕ₀ > 0,5) і переважно акцептори — піримідинові основи (ϕ₀ < 0,5). Енергії молекулярних орбіталей оцінені як експериментально, так і квантово-хімічно. Різниця показників ϕ₀ — здатність азотистих основ утворювати стабільні π-електронні комплекси.; Исследовано относительное расположение фронтальных молекулярных орбиталей азотистых оснований нуклеиновых кислот, связанное с их донорно-акцепторными свойствами как фундаментальной характеристикой сопряженных молекул. Для количественной квантово-химической оценки донорно-акцепторных свойств пуриновых и пиримидиновых оснований предложен индекс ϕ₀, который позволяет определить сдвиг энергетических уровней относительно сбалансированной системы. Азотистые основания разделены строго на две группы: преимущественно доноры — пуриновые основания (ϕ₀ > 0,5) и преимущественно акцепторы — пиримидиновые основания (ϕ₀ < 0,5). Энергии молекулярных орбиталей были оценены как экспериментально, так и квантово-химически. Разница показателей Δϕ₀ — способность азотистых оснований образовывать стабильные π-электронные комплексы.; The relative position of the frontier molecular orbitals (MO) of nucleic acid bases is investigated. It allows one to analyze their donor/acceptor properties in more details, and is a fundamental characteristic of conjugated molecules. Non-covalent interaction specify the spatial constitution of the chains of nucleic acids and their physical and chemical properties in the ground and excited states. Aromatic π-π stacking interactions are generally defined as the attractive interactions that occur between the π-clouds of aromatic systems in a parallel, face-to-face orientation, thus, it could be considered as an affinity of the conjugated molecules. They play a fundamental role in many aspects of chemistry and biochemistry, for example, in the fields molecular recognition self-assembly supramolecular chemistry, and general host-guest interactions. π-π-stacking in biology is of the integral to the structure and function of proteins, cofactors and substrates. Although this interaction is comparatively weak, it leads to large effects; so, DNA (deoxyribonucleic acid) structure being can be considered as an essential example. In such case in tricate scenarios, the π-π interaction is considered very often as some sort of “deus ex machine”, intervening in reactions, provides the additional stabilizing of helix complexes, and influencing the structure. Therefore, the energetic and structural features of these interactions can be estimated, which would be extremely useful in the modeling and understanding of many biological important phenomena. For the quantitative quantum-chemical evaluation of the donor-acceptor properties of the purine and pyrimidine bases, an index ϕ₀, indicating a shifting of the frontier levels in respect to the balanced system is proposed. The nucleic bases are strictly divided into two groups: predominantly, donors are purine bases (ϕ₀ > 0.5), and, preferably, acceptors are pyrimidine bases (ϕ₀ < 0.5). The energies of the MO were evaluated both experimentally and quantum-chemically. Difference of the indices Δϕ₀ is the ability of nitrogenous bases to form stable π-electronic complexes.

Властивості низькомолекулярних каротоворицинів, виділених з природних ізолятів Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum

Tue, 01 Jan 2019 00:00:00 GMT

Властивості низькомолекулярних каротоворицинів, виділених з природних ізолятів Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum Максименко, Л.О.; Горб, Т.Ю. Коліциноподібні каротоворицини (CCTV), одержані індукцією налідиксовою кислотою з природних ізолятів Pectobacterium carotovorum subsp. сarotovorum, виявлених у різних областях України, відрізняються за ступенем кілерної дії відносно індикаторних бактерій P. carotovorum та Escherichia coli. ССТV, виділені з сумарних фракцій P. carotovorum J2 та природних ізолятів бактерій з різних областей України, мали однаковий набір білків з молекулярними масами 18, 20, 24, 30, 46, 54 кДа. В результаті очищення на колонці з ДЕАЕ- сефарозою отримані фракції каротоворицинів, які складалися з пептидів з молекулярними масами 18, 24, 30, 38 кДа; вони не втрачали кілерної активності. За допомогою імуноблотингу з використанням антисироватки у складі низькомолекулярних каротоворицинів і бактеріофага ZF40 виявлені серологічно споріднені білкові компоненти з молекулярними масами близько 10, 11, 18 і 20 кДа. Встановлено, що каротоворицини містять також не ідентичні, але серологічно споріднені з ZF40 білки.; Колициноподобные каротоворицины (CCTV), полученные индукцией налидиксовой кислотой из природных изолятов Pectobacterium carotovorum subsp. сarotovorum в разных областях Украины, отличаются степенью киллерного действия относительно индикаторных бактерий P. carotovorum и Escherichia coli. ССТV, выделенные из суммарных фракций P. carotovorum J2 и природных изолятов бактерий с разных областей Украины, имели одинаковый набор белков с молекулярными массами 18, 20, 24, 30, 46, 54 кДа. При очистке на колонке с ДЕАЕ-сефарозой получены фракции каротоворицинов, состоящие из пептидов с молекулярными массами 18, 24, 30, 38 кДа; они не теряли киллерной активности. С помощью иммуноблота с использованием антисыворотки в составе низкомолекулярных каротоворицинов и бактериофага ZF40 выявлены серологически родственные белковые компоненты с молекулярными массами около 10, 11, 18 и 20 кДа. Установлено, что каротоворицины содержат также не идентичные, но серологически родственные с ZF40 белки.; Colicin-like carotovoricins (CCTV) has been induced by the nalidixic acid treatment of Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum natural isolates from the different regions of Ukraine. It has been found that CCTV exhibit the different level of killer activity against the indicator strain of P. carotovorum and Escherichia coli. CCTV isolated from total fractions of P. carotovorum J2 and natural bacterial isolates from different regions of Ukraine had the same set of proteins with molecular masses of 18, 20, 24, 30, 46, and 54 kDa. After the purification carried out at DEAE-sepharose, the active components with molecular masses of 18, 24, 30, and 38 kDa were isolated. Immunoblot analysis with antiserum revealed serologically related protein components with molecular masses of 10, 11, 18, and 20 kDa in low molecular weight carotovoricins and bacteriophage ZF 40. It has been established that cartovoricins also contain proteins that are not identical, but serologically related to ZF40.