Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот

Продовжуючи дослідження раніше запропонованих для гомогенної флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот (НК) мезо-метилзаміщених триметинціанінів, синтезовано низку мезо-метилзаміщених барвників з різними гетероциклічними залишками. Досліджено спектрально-люмінесцентні властивості отриманих барвн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2001
Hauptverfasser:	Лукашов, С.С., Маковенко, Є.І., Лосицький, М.Ю., Сломінський, Ю.Л., Ярмолюк, С.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2001
Schriftenreihe:	Біополімери і клітина
Schlagworte:	Біоорганічна хімія
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155842
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот / С.С. Лукашов, І.Є. Маковенко, М.Ю. Лосицький, Ю.Л. Сломінський, С.М. Ярмолюк // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 5. — С. 448-454. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-155842
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1558422019-07-05T21:45:05Z Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот Лукашов, С.С. Маковенко, Є.І. Лосицький, М.Ю. Сломінський, Ю.Л. Ярмолюк, С.М. Біоорганічна хімія Продовжуючи дослідження раніше запропонованих для гомогенної флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот (НК) мезо-метилзаміщених триметинціанінів, синтезовано низку мезо-метилзаміщених барвників з різними гетероциклічними залишками. Досліджено спектрально-люмінесцентні властивості отриманих барвників та незаміщених аналогів у присутності дволанцю- гової ДНК, РНК та бичачого сироваткового альбуміну (БСА). Мезо-метил-похідні мають значно нижчий рівень власної флуоресценції у порівнянні з відповідними незаміщеними барвниками, що особливо добре простежується в розчині ДМФА. У присутності НК для мезо-метилтриметинціанінів спостерігається підвищення інтенсивності випромінювання в 2–102 рази, для незаміщених барвників – лише в 1–10,5 разу. При цьому метильна група збільшує жорсткість фіксації молекули барвника в комплексі так, що в присутності НК інтенсивність флуоресценції мезо-заміщених барвників у 3–5 разів перевищує таку відповідних незаміщених барвників у ДМФА та в НК-комплексах. У присутності великого надлишку БСА спостерігається підвищення інтенсивності випромінювання в 1,2–9,6 разу. Найбільш гідрофобні барвники із залишком нафтотіазолу схильні до неспецифічної взаємодії з біомолекулами і підвищення інтенсивності їхньої флуоресценції в присутності БСА становить 2,2–114 разів Continuing the study of meso-substituted trimethincyanines proposed earlier for the homogeneous fluorescent nucleic acids detection, a series of meso-methyltrimethincyanines with different heterocyclic residues was synthesized. The spectral-luminiscent properties of the dyes obtained in the presence of DNA, RNA and bovine serum albumine (BSA) were studied and compared with unsinstituted analogues. The intrinsic fluorescence of meso-methyl derivatives' is much lower than that of unsubstituted dyes. The fluorescence enhancement upon binding with nucleic acids for meso-substituted dyes is up to 102 times while for the unsubstituted dyes it is only 10.5 times. A methyl group not only decreases the intrinsic fluorescence of the dyes, but its presence leads to more strict fixation of the dye molecule in the nucleic acid complex. As a result, the fluorescence of the meso-methyltrimethincyanines nucleic acids complexes is 3–5-fold higher than the fluorescence intensity of the corresponding unsubstituted dyes in DMF solution and within the nucleic acids complexes. In the presence of large BSA excess the protein dyes show only 1.2–9.6 fold increase of the fluorescence intensity. The most hydrophobic dyes with naphtothiazole residue are inclined to interact unspecifically with other biomolecules and their fluorescence enhancement in the BSA presence is 2.2–114 times. В продолжение исследования ранее предложенных для гомогенной флюоресцентной детекции нуклеиновых кислот (НК) мезо-метилзамещенных триметинцианинов синтезирован ряд мезо-метилзамещенных красителей с разными гетероциклическими остатками. Для полученных красителей исследованы спектрально-люминесцентные свойства в присутствии двух-цепочечной ДНК, РНК и бычьего сывороточного альбумина (БСА). Мезо-метилпроизводные по сравнению с соответствующими незамещенными красителями обладают значительно меньшим уровнем собственной флюоресценции, что особенно хорошо прослеживается в растворе ДМФА. В присутствии НК для мезо-метилтриметинцианинов наблюдается повышение интенсивности излучения в 2–102 раза, для незамещенных красителей оно составляет лишь 1–10,5 раза. При этом метальная группа способствует жесткой фиксации молекулы красителя в комплексе, так что в присутствии НК интенсивность флюоресценции мезо-замещенных красителей в 3–5 раз превышает таковую соответствующих незамещенных красителей в ДМФА и в НК-комплексах. В присутствии большого избытка БСА наблюдается меньшее чем с НК повышение интенсивности излучения – в 1,2–9,6 раза. Наиболее гидрофобные красители с остатком нафтотиазола склонны к неспецифическому взаимодействию с биомолекулами, повышение интенсивности их флюоресценции в присутствии БСА составляет 2,2—114 раз. 2001 Article Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот / С.С. Лукашов, І.Є. Маковенко, М.Ю. Лосицький, Ю.Л. Сломінський, С.М. Ярмолюк // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 5. — С. 448-454. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.0005D3 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155842 535.372 uk Біополімери і клітина Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Біоорганічна хімія Біоорганічна хімія
spellingShingle	Біоорганічна хімія Біоорганічна хімія Лукашов, С.С. Маковенко, Є.І. Лосицький, М.Ю. Сломінський, Ю.Л. Ярмолюк, С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот Біополімери і клітина
description	Продовжуючи дослідження раніше запропонованих для гомогенної флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот (НК) мезо-метилзаміщених триметинціанінів, синтезовано низку мезо-метилзаміщених барвників з різними гетероциклічними залишками. Досліджено спектрально-люмінесцентні властивості отриманих барвників та незаміщених аналогів у присутності дволанцю- гової ДНК, РНК та бичачого сироваткового альбуміну (БСА). Мезо-метил-похідні мають значно нижчий рівень власної флуоресценції у порівнянні з відповідними незаміщеними барвниками, що особливо добре простежується в розчині ДМФА. У присутності НК для мезо-метилтриметинціанінів спостерігається підвищення інтенсивності випромінювання в 2–102 рази, для незаміщених барвників – лише в 1–10,5 разу. При цьому метильна група збільшує жорсткість фіксації молекули барвника в комплексі так, що в присутності НК інтенсивність флуоресценції мезо-заміщених барвників у 3–5 разів перевищує таку відповідних незаміщених барвників у ДМФА та в НК-комплексах. У присутності великого надлишку БСА спостерігається підвищення інтенсивності випромінювання в 1,2–9,6 разу. Найбільш гідрофобні барвники із залишком нафтотіазолу схильні до неспецифічної взаємодії з біомолекулами і підвищення інтенсивності їхньої флуоресценції в присутності БСА становить 2,2–114 разів
format	Article
author	Лукашов, С.С. Маковенко, Є.І. Лосицький, М.Ю. Сломінський, Ю.Л. Ярмолюк, С.М.
author_facet	Лукашов, С.С. Маковенко, Є.І. Лосицький, М.Ю. Сломінський, Ю.Л. Ярмолюк, С.М.
author_sort	Лукашов, С.С.
title	Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот
title_short	Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот
title_full	Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот
title_fullStr	Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот
title_full_unstemmed	Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот
title_sort	взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	2001
topic_facet	Біоорганічна хімія
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155842
citation_txt	Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот / С.С. Лукашов, І.Є. Маковенко, М.Ю. Лосицький, Ю.Л. Сломінський, С.М. Ярмолюк // Біополімери і клітина. — 2001. — Т. 17, № 5. — С. 448-454. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Біополімери і клітина
work_keys_str_mv	AT lukašovss vzaêmodíâcíanínovihbarvnikívznukleínovimikislotamimezometilzamíŝenítrimetincíanínovíbarvnikiâkmožlivízondidlâfluorescentnoídetekcíínukleínovihkislot AT makovenkoêí vzaêmodíâcíanínovihbarvnikívznukleínovimikislotamimezometilzamíŝenítrimetincíanínovíbarvnikiâkmožlivízondidlâfluorescentnoídetekcíínukleínovihkislot AT losicʹkijmû vzaêmodíâcíanínovihbarvnikívznukleínovimikislotamimezometilzamíŝenítrimetincíanínovíbarvnikiâkmožlivízondidlâfluorescentnoídetekcíínukleínovihkislot AT slomínsʹkijûl vzaêmodíâcíanínovihbarvnikívznukleínovimikislotamimezometilzamíŝenítrimetincíanínovíbarvnikiâkmožlivízondidlâfluorescentnoídetekcíínukleínovihkislot AT ârmolûksm vzaêmodíâcíanínovihbarvnikívznukleínovimikislotamimezometilzamíŝenítrimetincíanínovíbarvnikiâkmožlivízondidlâfluorescentnoídetekcíínukleínovihkislot
first_indexed	2025-07-14T08:04:08Z
last_indexed	2025-07-14T08:04:08Z
_version_	1837608729275531264
fulltext	I S S N 0233-7657. Біополімери і клітина. 2001 . Т. 17. № 5 Б І О О Р Г А Н І Ч Н А ХІМІЯ Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. Мезо-метилзаміщені триметинціанінові барвники як можливі зонди для флуоресцентної детекції нуклеїнових кислот С С. Лукашов, І. Є- Маковенко, М. Ю. Лосицький, Ю. Л. Сломінський1, С M. Ярмолюк Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, 03143 , Україна * Інститут органічної хімії НАН України Вул. Мурманська, 5 , Київ, 02094 , Україна Продовжуючи дослідження раніше запропонованих для гомогенної флуоресцентної детекції нук леїнових кислот (НК) мезо-метилзаміщених триметинціанінів, синтезовано низку мезо-метил заміщених барвників з різними гетероциклічними залишками. Досліджено спектрально-люмі несцентні властивості отриманих барвників та незаміщених аналогів у присутності дволанцю- гової ДНК, РНК та бичачого сироваткового альбуміну (БСА). Мезо-метил-похідні мають значно нижчий рівень власної флуоресценції у порівнянні з відповідними незаміщеними барвниками, що особливо добре простежується в розчині ДМФА. У присутності НК для мезо-метилтриме- тинціанінів спостерігається підвищення інтенсивності випромінювання в 2—102 рази, для незаміщених барвників — лише в 1—10,5 разу. При цьому метильна група збільшує жорсткість фіксації молекули барвника в комплексі так, що в присутності НК інтенсивність флуоресценції мезо-заміщених барвників у 3—5 разів перевищує таку відповідних незаміщених барвників у ДМФА та в НК-комплексах. У присутності великого надлишку БСА спостерігається підвищення інтенсивності випромінювання в 1,2—9,6 разу. Найбільш гідрофобні барвники із залишком нафтотіазолу схильні до неспецифічної взаємодії з біомолекулами і підвищення інтенсивності їхньої флуоресценції в присутності БСА становить 2,2—114 разів. Вступ. Останнім часом для детекції нуклеїнових кислот (НК) усе ширше використовують флуорес центні зонди на основі ціанінових барвників [1 , 2 ] . Гнучкість поліметинового ланцюга (складової час тини флуорофору) надає ціанінам унікальну вла стивість — підвищення квантового виходу їхньої флуоресценції при зв 'язуванні з НК на два—три порядки [1 , 3 ] . Присутність інших біомолекул не викликає значного підвищення інтенсивності вип ромінювання ціанінів і не заважає детекції НК. З а допомогою зондів на основі згаданих барвників стає зручною детекція Н К у гомогенному середовищі в присутності значного надлишку зонда [1 , 4, 5 ] . © С С ЛУКАШОВ, І. € . МАКОВЕНКО, М. Ю. ЛОСИЦЬКИЙ, ю. л. СЛОМІНСЬКИЙ, С. М. ЯРМОЛЮК, 2001 Як зонди звичайно використовують похідні монометинових ціанінів. У молекулах останніх від бувається безпосередній контакт розташованих по руч гетероциклічних залишків, що спричиняє не- плоску геометрію флуорофору у незв 'язаному стані барвника і пов 'язане з цим заниження значень молярного коефіцієнта екстинкції та квантового виходу флуоресценції [6, 7 ] . У комплексі з НК фіксується планарна конформація молекули барв ника, яка супроводжується значним підвищенням квантового виходу. При збільшенні довжини по ліметинового ланцюга просторова взаємодія гетеро- залишків і неплоска геометрія молекул втрачають ся, тому такі барвники мають достатньо високу власну флуоресценцію. Через це ціаніни з довшим 448 ВЗАЄМОДІЯ ЦІАНІНОВИХ БАРВНИКІВ З НУКЛЕЇНОВИМИ КИСЛОТАМИ поліметиновим ланцюгом обмежено застосовуються в гомогенних процедурах детекції НК. Відомо, що алкільні замісники в полімети- новому ланцюгу триметинових ціанінів просторово контактують з гетерозалишками [6, 7 ] . Це виво дить молекули триметинів з плоскої конформації подібно до монометинів та значно знижує їхнє власне випромінювання. Нами показано, що вве дення метальної групи до мезоположення полі- метинового ланцюга тіакарбоціаніну підвищує ін тенсивність випромінювання барвника при зв ' язу ванні з Д Н К та Р Н К майже на два порядки [8 ] . Зростання флуоресценції для незаміщеного тіа карбоціаніну близьке до одиниці, а відносна ін тенсивність випромінювання більш ніж удвічі по ступається інтенсивності випромінювання НК-ком- плексів мезо-метилзаміщеного барвника [8 ]. При дослідженні низки мезо-заміщених по хідних тіакарбоціаніну з 'ясовано, що замісником оптимальних розмірів є метальна група, а групи більших розмірів надмірно порушують плоску кон формацію флуорофору та заважають зв 'язуванню з НК [9] . Отримані дані стосувалися лише тіакарбоціа ніну — триметинціаніну з гетероциклічними за лишками бензотіазолу [8, 9 ] . Чи має така законо мірність зниження власного випромінювання і збільшення випромінювання НК-комплексів за гальний характер і чи поширюється вона на інші триметинціаніни? В даній роботі синтезовано пари незаміщений барвник—мезо-метилзаміщений барв ник для триметинціанінів із гетерозалишками бен- зооксазолу, бензоселеназолу, [1,2 J-d-нафтотіазолу та [2,1 J-d-нафтотіазолу. Охарактеризовано їхні спектрально-люмінесцентні властивості у вільному стані та в присутності Д Н К , Р Н К , а також білка БСА. Матеріали і методи. Барвники. Тіакарбоціа- ніни синтезовано на основі методик, наведених у монографії [10] . Барвники отримали за допомогою ортоестерного методу (схема). Будову та індивідуальність сполук підтверд жено за допомогою електронної та ЯМР Н 1 спект роскопії. При описанні спектрів Я М Р Н 1 використа но такі скорочення: с — синглет; д. — дублет; д. д. — дублет дублетів; т . — триплет; к. — квартет; м. — нерозділений мультиплет. J3 (Cyan 45) З -метил-2-[3- (3-метил-2 ,3-ди- г ідро -1 ,3 -бензот і а зол -2 - іл іден ) -1 - п р о п е н і л ] - 1 , 3 - бензотіазол-3-ій йодид. Вихід 75 % . Т Т О Ш 1 275 °С. Я М Р Н 1 : с * 3,81 <6Н), д. 6,41 (2Н, 12,6 Гц) , д. д. 7,39 (2Н, 6,3 Гц, 8,4 Гц) , д. д. 7,55 (2Н, 6,3 Гц, 9 Гц) , м. 7,74 (ЗН) , д. 7,98 (2Н, 8,4 Гц) [9 ] . J4 (Cyan 2) З -метил-2- [2-метил-З- (3-метил- 2,3-дигідро-1,3-бензотіазол-2-іліден) -1 -пропеніл ]- 1 ,3-бензотіазол-З- ій йодид. Вихід 94 % . Т т о п л 289 °С. Я М Р Н ' : с. 2,58 (ЗН) , с. 3,91 (6Н) , с. 6,48 (2Н) , д. д. 7,41 (2Н, 6,75 Гц, 7,8 Гц) , д. д. 7,59 (2Н, 6,75 Гц, 8,1 Гц) , д. 7,79 (2Н, 8,1 Гц) , д. 8,04 (2Н, 7,8 Гц) [9 ] . J5 З -метил-2- ( 3 - (З-метил-2,3-дигідро-1,3-бен- зооксазол-2-ілід єн) -1 -пропеніл) -1,3-бензооксазол- 3-ій йодид. Вихід 75 % . Т т о п л 305 "С. Я М Р Н 1 : с. 3,81 (6Н) , д. 6,41 (2Н, 12,6 Гц) , д. д. 7,39 (2Н, 6,3 Гц, 8,4 Гц) , д. д. 7,55 (2Н, 6,3 Гц, 9 Гц) , м. 7,74 (ЗН) , д. 7,98 (2Н, 8,4 Гц) . J6 З-метил-2- (2-метил-З- (З-метил-2,3-дигідро- 1,3-бензооксазол-2-іліден) -1 -пропеніл) -1 ,3-бензо- оксазол-3-ій йодид. Вихід 14 % . Т т о п л 265 "С. ЯМР Н 1 : с. 2,55 (ЗН) , с. 3,94 (6Н) , с. 6,67 (2Н) , д. д. 7,41 (2Н, 7,6 Гц, 8,5 Гц) , д. д. 7,62 (2Н, 7,6 Гц, 7,9 Гц) , д. 7,83 (2Н, 8,5 Гц) , д. 8,16 (2Н, 7,9 Гц) . / 7 З-метил-2- ( 3 - (З-метил-2,3-дигідро-1,3-бен- зосел еназол-2- іл іден) -1 -пропеніл) -1 ,3 -бензоселе - назол-3-ій метилметосульфат. Вихід 89 % . Т т о п л 95 °С, розкл. Я М Р Н 1 : с. 3,38 (ЗН) , с. 3,79 (6Н) , д. 6,72 (2Н, 12,4 Гц) , д. д. 7,32 (2Н, 6,6 Гц, 8,5 Гц) , д. д. 7,52 (2Н, 6,6 Гц, 8,9 Гц) , д. 7,66 (2Н, 8,5 Гц) , д. 7,74 ( Ш , 12,4 Гц) , д. 8,07 (2Н, 8,9 Гц) . J8 З -метил-2- (2-метил-З- (З-метил-2,3-дигідро- 1,3-бензоселеназол-2-іліден) -1 -пропеніл) -1 ,3-бен- зоселеназол-3-ій йодид. Вихід 33 % . Т т о п л 138 °С, розкл. Я М Р Н 1 : с. 3,74 (6Н) , с. 6,64 (2Н) , д. д. 7,29 (2Н, 6,4 Гц, 8,5 Гц) , д. д. 7,48 (2Н, 6,4 Гц, 8,8 Гц) , д. 7,62 (2Н, 8,5 Гц) , д. 8,03 (2Н, 8,8 Гц) . J9 1 - м е т и л - 2 - ( 3 - (1 - м е т и л - 1 , 2 - д и г і д р о н а ф - то (1 ,2-d) (1,3) т іазол-2- іл іден) -1 -пропеніл ) н а ф т о - (1,2-d) (1 ,3)т іазол-1- ій метилметосульфат . Вихід 83 % . 273 °С. Я М Р Н ' : с. 3,38 (ЗН) , с. 4,27 (6Н) , д. 6,67 (2Н, 12,4 Гц) , д. д. 7,62 (2Н, 6,2 Гц, 8,0 Гц) , Д. Д. 7,72 (2Н, 6,2 Гц, 8,9 Гц) , д. 7,78 (1Н, 12,4 Гц) , д. 7,96 (2Н, 8,9 Гц) , м. 8,05 (4Н) , д. 8,66 (2Н, 8,9 Гц) . J10 (Stains-All) 1 - м е т и л - 2 - ( 2 - м е т и л - З - (1 - м е тил- 1,2-дигідронафто (1 ,2- d) (1,3) тіазол-2-іліден) - 1 -пропен іл )нафто(1 ,2 -< І ) ( І . З ) т і а зол - І - ій бромід. Вихід 40 % . Т т о п л 262 °С. Я М Р Н 1 : с. 2,63 (ЗН) , с. 4,21 (6Н) , с. 6,43 (2Н) , м. 7,73 (4Н) , д. 7,91 (2Н, 8,7 Гц) , м. 8,05 (4Н) , д. 8,66 (2Н, 8,6 Гц) . 449 ЛУКАШОВ С. С ТА IH. J11 3 - м е т и л - 2 - ( 3 - ( 3 - м е т и л - 2 , 3 - д и г і д р о н а ф - то (2,1 -d) ( 1 , 3) т іазол-2- іл іден) -1 -пропен іл )нафто- (2,1-<і)(1,3)тіазол-3-ій бромід. Вихід 64 % . Т т о п л . 240 °С. Я М Р Н 1 : с 3,71 (6Н) , д. 6,41 (2Н, 12,4 Гц) , м. 7,22 (6 Н ) , д. д. 7,39 (2Н, 6,3 Гц, 8,4 Гц) , д. 7,53 (2Н, 9,3 Гц) , д. 7,79 (1Н, 12,4 Гц) , д. 7,95 (2Н, 9,3 Гц) , д. 8,38 (2Н, 8,6 Гц) . J12 З - м е т и л - 2 - ( 2 - м е т и л - 3 - ( 3 - м е т и л - 2 , 3 - дигідронафто (2,1 -d) (1,3) т іазол-2-іліден) -1 -пропе ніл) н а ф т о (2,1 -d) ( 1 , 3 ) т і а з о л - 3 - і й бромід. Вихід 27 %. Т т о п л 229 °С. ЯМР Н 1 : с. 2,63 (ЗН) , с 3,73 (6Н), с 6,32 (2Н) , м. 7,28 (6Н) , м. 7,59 <4Н), д. 8,15 (2Н, 8,6 Гц) . Використані речовини. Повну Д Н К («Sigma», США) очищено відповідно до роботи [11 ], отрима ний зразок містив дволанцюгові фрагменти довжи ною до 10 3 пар основ. Р Н К та БСА («Sigma») використовували без додаткового очищення. Усі водні розчини готували за допомогою 0,05 М трис-НСІ буфера, рН 7,5. Диметилфор- мамід (ДМФА) перегнано під зниженим тиском. Розчини для спектральних досліджень. Вико ристовували стокові розчини барвників у ДМФА концентрації 2-Ю" 3 М та розчини НК у буфері концентрації 6-Ю" 3 М пар основ (п. о.) для Д Н К і 1 ,2 -10 2 М основ для Р Н К . В усіх робочих розчинах концентрація барв ників дорівнювала 10~5М. Для отримання комп лексів барвників з НК стокові розчини барвників додавали до розчинів Н К у буфері з концент раціями 6 10" моль п. о . / л Д Н К та 1,210 4 моль о . /л Р Н К . В отриманих розчинах співвідношення концентрації п. о. Д Н К до концентрації барвника (п. о./б.) становило 6:1, а основ Р Н К до барвника (о./б.) — 12:1. Робочі розчини барвників у присут ності білка отримували додаванням стокових роз чинів барвників до щойно приготованого розчину БСА з концентрацією 1 м г / м л . Спектроскопічні виміри. Спектри поглинання реєстрували за допомогою спектрофотометра Spe- cord М 40 (Німеччина). Запис спектрів флуорес ценції здійснювали на спектрофлуориметрі «Сагу Eclipse» (Австралія). Флуоресценцію збуджували випромінюванням з довжиною хвилі, що відповідає максимуму смуги поглинання барвника в ДМФА. Усі вимірювання проводили в кварцовій кюветі (11 см) відразу після приготування розчину при кімнатній температурі. Спектри Я М Р Н 1 реєст рували на приладі «Varian VXR-ЗОО», 300 МГц (США) відносно внутрішнього стандарту Т М С Результати і обговорення. Власні оптичні ха рактеристики барвників. Характеристики спектрів поглинання та випромінювання вільних барвників наведено в табл. 1. Спектри поглинання розчинів барвників у роз чині ДМФА у видимій області складаються з однієї смуги, довжина хвилі максимуму якої Я знахо диться в інтервалі від 466 до 598 нм. Значення молярного коефіцієнта екстинкції є Д М Ф А лежать у діапазоні від 0,11 • 10 5 до 1,66 • 10 5 М ! см 1 . На корот кохвильовому боці смуг поглинання більшості бар вників проявляється плече, яке відповідає першому коливальному максимумові [7 ]. При переході до водного середовища (рис. 1, 2) спектри поглинання барвників сильно змінюються. Барвники агрегують, і в спектрах поглинання з 'являються додаткові смуги. Максимуми погли нання Я В 1 Л Ь Н , які відповідають мономерам барвника, зміщуються на 7—30 нм у короткохвильовий бік від А Д М Ф А , а молярний коефіцієнт екстинкції в максимумі мономерної смуги евиіьн зменшується на 30—50 % порівняно з є т Ф А і становить для різних барвників від 0,07 -10 5 до 1,15-10 5 М _ І см _ 1 . Асоціати барвників мають різноманітну будову. В спектрах барвників J3—J8 як збільшення оптичної густини короткохвильового плеча основної смуги проявля ються лише Н-агрегати (р и с 1) [1 , 6, 7 ] . Оптична густина в агрегатних смугах становить приблизно половину і лише в спектрі J7 досягає значення оптичної густини мономерного максимуму барвни ка £ В І Л Ь Н (табл. 1). Барвники J9—J12, молекули яких більш гідрофобні, утворюють значно складніший набір асоціатів (рис. 2 ) . У їхніх спектрах присутні не лише смуги, що відповідають Н-агрегатам із зміщеними на ЗО—50 нм у короткохвильову об ласть відносно мономерного максимуму, а й смуги поглинання, зміщені на 50 і більше нм у довгох вильову область, які відповідають J-агрегатним структурам [1 , 6, 7 ] . Більшу схильність до утво рення J-агрегатів виявляють мезо-метилзаміщені барвники. Так , спектр барвника J10 складається переважно з вузької смуги J-агрегату з оптичною густиною, яка майже вдвічі перевищує оптичну густину його розчину в ДМФА (табл. 1). Максимуми хвиль випромінювання барвників у ДМФА А д к Г ф А лежать в інтервалі 507—627 нм. Стоксові зсуви мають значення 17—42 нм. У спек трах флуоресценції водних розчинів барвників J7— Л 2 присутні не лише мономерні смуги (АВІЛЬН 498—604 нм) , а також смуги J-агрегатів з макси мумами при 656—732 нм. З а розглянутими характеристиками пари барв ників різняться між собою, проте в кожній з пар у мезо-заміщеного та незаміщеного барвників вла стивості подібні. Наявність метальної групи в скла ді поліметинового ланцюга відбивається лише на інтенсивності флуоресценції барвників. Ц е особли во помітно в розчинах ДМФА, де відсутня агре- 450 ЛУКАШОВ С. С. ТА Ш. Таблиця J Характеристики спектрів поглинання та випромінювання барвників у вільному стані у водному розчині та в диметилформаміді П р и м і т к а . Д В І Л Ь Н — максимум поглинання у водному буфері; є в Ь і ь н — молярний коефіцієнт екстинкції у водному буфері; A 8 L n b H — максимум випромінювання у водному буфері; / 0 — інтенсивність випромінювання у водному буфері; А Д М Ф А — максимум поглинання в диметилформаміді; £ Д М Ф А — молярний коефіцієнт екстинкції в ДМФА, М^см" 1; Д * Д М Ф А — максимум випромінювання в диметил формаміді, нм; / Д М Ф А — інтенсивність випромінювання в ДМФА, в. о.; / Д М Ф А / / 0 — співвідношення інтенсивностей випромінювання в ДМФА та у водному розчині гація барвників. Інтенсивність випромінювання уДмФА барвників з метальною групою в 6,5—29 разів менша, ніж / Д М Ф А незаміщених барвників (рис. 1, 2) . Асоціація барвників у водному середо вищі значно (в 2—700 разів) знижує інтенсивність їхнього випромінювання / 0 (рис. 1, 2 ) . Зменшення інтенсивності випромінювання відбувається для всіх барвників, при цьому різниця в І0 між замі щеними та незаміщеними барвниками нівелюється. Якщо в парах барвників J 3 / J 4 та J 5 / J 6 відповідно 20- і 5-разова перевага / 0 незаміщеного барвника зберігається, то мезо-заміщені барвники J10 та J12 451 Рис. 1. Спектри поглинання барвника J6 випромінюють у 2—3 рази сильніше за незаміщені J9 та J11 . Оптичні характеристики барвників у присут ності ДНК, РНК та білка БСА. У табл. 2 наведено характеристики спектрів випромінювання барвни ків у присутності Д Н К , Р Н К і БСА. За наявності Д Н К , Р Н К і БСА спектри погли нання досліджуваних барвників зазнають змін по рівняно із спектрами вільних барвників. Загальною рисою спектрів досліджуваних барвників у присут ності Д Н К і Р Н К є батохромний зсув максимумів поглинання відносно Я в , л ь н до 15 нм. Очевидно, він є наслідком зменшення нуклеофільності близького оточення хромофорів в утворених комплексах з НК [7] . Крім того, спостерігається збільшення оптич ної густини для смуг мономерів та її зменшення для смуг агрегатів (рис 3 , 4 ) . Від додавання до розчину білка спектри погли нання барвників майже не змінюються. Максимуми флуоресценції барвників у присут ності Д Н К А * д н к , Р Н К Я * р н к і БСА А * Б С А лежать у межах 500—623 нм. У спектрах випромінювання сполук J9—J12 смуги випромінювання J-агрегатів при 657—701 нм у присутності НК втрачають інтенсивність, проте не зникають. Інтенсивність випромінювання барвників у присутності Д Н К і РНК зростає, так що отримані величини / д н к та / н к перевищують / 0 в 1—102 рази (табл. 2) . У присутності БСА інтенсивність флуоресценції fCA досягає лише 1,2—9,6 значення /р , а величина підвищення рівня випромінювання ГСА/І0 для замі щених і незаміщених барвників майже не відріз няється. Виняток становлять барвники J11 та J12. Для них у присутності БСА величина ҐСА/І0 на довжині хвилі молекулярного максимуму дорівнює відповідно 65 та 15,5 разу, а на агрегатному — 114 і 40 разів. У випадку барвника J11 значення fCA/I0 значно перевищує підвищення інтенсивності в при сутності Д Н К / д н к / / 0 та Р Н К / Н І 7/ 0 , а у випадку J12 — значення / н к / / 0 (табл. 2) . Для всіх барвників у присутності НК просте жується чітка закономірність: інтенсивність флуо ресценції незаміщених барвників зростає не вище, ніж до / Д М Ф А (табл. 1), а величина Ґк заміщених барвників у 3—5 разів перевищує / н к та / Д М Ф А відповідних заміщених барвників (табл. 1, 2) . Та ким чином, введення метильної групи призводить не лише до падіння рівня власного випромінювання барвника. Очевидно, метальна група сприяє більш жорсткій фіксації молекули і відповідно підви щенню здатності до випромінювання барвника в НК-комплексі. Отже, для незаміщених барвників Ітк/І0 складає лише 1—2,9 разу, а / н к / 0 1,5—10,5 разу. Для мезо-метилзаміщених барвників харак терним є зростання інтенсивності при зв 'язуванні більш ніж на порядок, / д н к / / 0 складає вже 2—102 рази, а Ґнк/І0 — 6,7—93 рази (табл. 2) . Досліджені барвники як можливі флуоресцен тні зонди для визначення ДНК. Найважливішою властивістю флуоресцентних зондів для гомогенної детекції НК є значне збільшення інтенсивності випромінювання при зв 'язуванні (Ґк/І0). Введення метильної групи до мезо-положення поліметино- вого ланцюга значно покращує таку властивість триметинових ціанінових барвників. При введенні замісника рівень власного випромінювання розгля нутих триметинціанінів у розчині ДМФА падає в 7—29 разів. У комплексах з Н К барвники, навпа- 452 ЛУКАШОВ С С. ТА IH. Таблиця 2 Характеристики спектрів випромінювання барвників у присутності ДНК, РНК та білка бичачого сироваткового альбуміну БСА П р и м і т к а . Я * д н к — максимум випромінювання в присутності Д Н К , нм; / д н к — інтенсивність випромінювання в присутності ДНК, у відносних одиницях (в. о.); / д к / / п —збільшення інтенсивності випромінювання в присутності ДНК* / * р н к — максимум випромінювання в присутності РНК, нм; / к — інтенсивність випромінювання в присутності РНК, в. о.; / Н К / / о — збільшення інтенсивності випромінювання в присутності РНК; / * Б С А — максимум випромінювання в присутності БСА, нм; / Б С А — інтенсивність випромінювання в присутності БСА, в. о.; 1ВСА/10 — збільшення інтенсивності випромінювання в присутності БСА. ки, випромінюють у 3—5 разів інтенсивніше, ніж незаміщені аналоги. З урахуванням характерного для барвників агрегатоутворення у водних розчи нах у присутності НК підвищення інтенсивності випромінювання мезо-метилтриметинціанінів ста новить 10—100 разів на відміну від щонайбільше 10 разів для незаміщених барвників. Явище має загальний характер, спостерігається для барвників з гетерозалишками різної будови і є ефективним засобом для отримання флуоресцентних зондів для гомогенного визначення НК з максимумами погли нання/випромінювання в області 500—700 нм. 453 ЛУКАШОВ С. С. ТА IH. Комплексоутворення з Н К у водному розчині супроводжується асоціацією барвників, особливо схильними до якої є найгідрофобніші барвники J9—J12 з ядрами нафтотіазолу. Ці барвники утво рюють широкий спектр асоціатів, значна частина яких зберігається і в присутності нуклеїнових кис лот. Висока гідрофобність сполук J9—J12 спричи нює втрату загальної специфічності до НК. Незва жаючи на подібну хімічну структуру, барвник J10 специфічно взаємодіє з Р Н К , a J12, навпаки, з Д Н К . Крім того, сполуки J9—J12 мають підвищену спорідненість до інших біомолекул, зокрема, білка БСА. S. S. Lukashov, I. Е. Makovenko М. Yu. Losytskyy, Yu. L. Slominskii, S. M. Yarmoluk In terac t ion of c y a n i n e d y e s with n u c l e i c a c i d s . M e s o - methylsubstituted tr imethincyanines , as possible probes for fluorescent nucleic acid detection Summary Continuing the study of meso-substituted trimethincyanines pro posed earlier for the homogeneous fluorescent nucleic acids de tection, a series of meso-methyltrimethincyanines with different heterocyclic residues was synthesized. The spectral-luminiscent pro perties of the dyes obtained in the presence of DNA, RNA and bovine serum albumine (BSA) were studied and compared with unsubstituted analogues. The intrinsic fluorescence of meso-methyl derivatives' is much lower than that of unsubstituted dyes. The fluorescence enhancement upon binding with nucleic acids for meso-substituted dyes is up to J02 times while for the unsubstituted dyes it is only 10.5 times. A methyl group not only decreases the intrinsic fluorescence of the dyes, but its presence leads to more strict fixation of the dye molecule in the nucleic acid complex. As a result, the fluorescence of the meso-methyltrimethincyanines nucleic acids complexes is 3—5-fold higher than the fluorescence intensity of the corresponding unsubstituted dyes in DMF solution and within the nucleic acids complexes. In the presence of large BSA excess the protein dyes show only 1.2—9.6 fold increase of the fluorescence intensity. The most hydrophobic dyes with naphtothiazole residue are inclined to interact unspecifically with other biomolecules and their fluorescence enhancement in the BSA presence is 2.2—114 times. С. С. Лукаиюв, И. E. Маковенко, M. Ю. Лосицкий, Ю. Л. Сломинский, С. М. Ярмолюк Взаимодействие цианиновых красителей с нуклеиновыми кислотами. Мезо-метилзамещенные триметинцианиновые красители как возможные зонды для флюоресцентной детекции нуклеиновых кислот Резюме В продолжение исследования ранее предложенных для гомоген ной флюоресцентной детекции нуклеиновых кислот (НК) ме- зо-метилзамещенных триметинцианинов синтезирован ряд мезо-метилзамещенных красителей с разными гетероцикличе скими остатками. Для полученных красителей исследованы спектрально-люминесцентные свойства в присутствии двух- цепочечной ДНК, РНК и бычьего сывороточного альбумина (БСА). Мезо-метилпроизводные по сравнению с соответству ющими незамещенными красителями обладают значительно меньшим уровнем собственной флюоресценции, что особенно хорошо прослеживается в растворе ДМФА. В присутствии НК для мезо-метилтриметинцианинов наблюдается повыше ние интенсивности излучения в 2—102 раза, для незамещен ных красителей оно составляет лишь 1—10,5 раза. При этом метальная группа способствует жесткой фиксации молекулы красителя в комплексе, так что в присутствии НК интенсив ность флюоресценции мезо-замещенных красителей в 3—5 раз превышает таковую соответствующих незамещенных краси телей в ДМФА и в НК-комплексах. В присутствии большого избытка БСА наблюдается меньшее чем с НК повышение интенсивности излучения — в 1,2—9,6 раза. Наиболее гидро фобные красители с остатком нафтотиазола склонны к неспецифическому взаимодействию с биомолекулами, повыше ние интенсивности их флюоресценции в присутствии БСА составляет 2,2—114 раз. ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ 1. Haugland R. P. Handbook of fluorescent probes and research chemicals / / Sixth ed.—Eugene: OR., 1996.—680 p. 2. Zhu H, Clark S. M., Benson S. K, Rye H S., Glazer A. N. High-sensitivity capillary electrophoresis of double-stranded DNA fragments using monomelic and dimeric fluorescent intercalating dyes / / Anal. Chem.—1994.—66, N 13.— P. 1941—1948. 3. Deligeorgiev T. G. Molecular probes based on cyanine dyes for nucleic acid research / / Near-Infrared Dyes for High Technol ogy Applications. NATO ASI Series / Eds S. Daehne, U. Resch-Genger, O. S. Wolfbeis.—Dordrecht: Kluwer Acad, publ., 1998.—P. 125—139. 4. Livache Т., Fouque В., Teoule R. Detection of HIV 1 DNA in biological samples by an homogeneous assay: fluorescence measurement of double-stranded RNA synthesized from amp lified DNA / / Anal. Biochem.—1994.—217.—P. 248—254. 5. Schneeberger C, Speiser P., Kury F., Zeillinger R. Quantita tive detection of reverse transcriptase-PCR products by means of a novel and sensitive DNA stain / / PCR Meth. and Appl .—1995.—4.—P. 234—238 . 6. Tyutyulkov N., Fabian J., Mehlhorn A., Dietz F, Tadjer A. Polymethine dyes. Structure and properties.—Sofia: St. Kli- ment Ohridsky Univ. press, 1991.—250 p. 7. Ищенко А. А. Строение и спектрально-люминесцентные свойства полиметиновых красителей.—Киев: Наук, думка, 1994.—232 с. 8. Yarmoluk S. М., Kovalska V. В., Lukashov S. S., Slominskii Y. L. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XII. /^-substituted carbocyanines as possible fluorescent probes for nucleic acid detection / / Biol, and Med. Chem. Let t—1999 .— 9, N 12.—P. 1677—1678. 9. Лукашов С. С, Лосщький М. Ю., Сломінський Ю. Л., Ярмолюк С. М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеї новими кислотами. 7. Карбоціанінові барвники, заміщені в поліметиновому ланцюзі, як можливі зонди для флюорес центно! детекції нуклеїнових кислот / / Біополімери і клітина.—2001.—17, № 2 .—С. 169—177. 10. Hamer F. М. The chemistry of heterocyclic compounds. 18, The cyanine dyes and related compounds.—New York; Lon don: J. Willey, 1964.—790 c. 11. Maniatis Т., Fritsch E. F., Sambrook J. Molecular cloning: a laboratory manual.—New York: Cold Spring Harbor Lab. press, 1982.—458 p. УДК 535.372 Надійшла до редакції 21.08.2000 454

Institution

Ähnliche Einträge