Отдел молекулярной биофизики

Изучение спектроскопических свойств комплексов нуклеиновых кислот с органическими красителями и влияния на них ионов металлов, определение физических механизмов и термодинамических характеристик комплексообразования методами абсорбционной и поляризованной флуоресцентной спектроскопии.

Основные направления исследований:

• определение спектроскопических и термодинамических свойств комплексов полинуклеотидов c интеркалирующими красителями (акрихин, феназины) и ионами двухвалентных металлов;
• исследование влияния интеркалирующих красителей и ионов металлов на термодинамику гибридизации антисмысловых олигонуклеотидов;
• исследование взаимодействия порфириновых красителей (производные TMPyP4 и Феофорбида-а) с нуклеиновыми кислотами различной структурной организации (одно-, двух- и трехцепочечные полинуклеотиды, квадруплексы олигонуклеотидов);
• исследование самоассоциации порфириновых красителей на биополимерных матрицах.

Основные результаты:

1. Проведено комплексное исследование влияния полярности и протонодонорной способности растворителя на спектроскопические свойства (поглощение и флуоресценция) ряда новых четырехциклических феназиновых красителей. Методами ИК и резонансной Рамановской спектроскопии изучены их колебательные спектры.
2. Установлены диапазоны существования анионной, нейтральной и катионных форм производных феназиновых красителей, места и равновесные константы ионизации молекул. Шестидесятикратное увеличение интенсивности флуоресценции имидазофеназина при переходе от кислых растворов к нейтральным позволяет предложить этот краситель для создания оптического рН-сенсора в диапазоне рН от 1 до 7.
3. Установлено, что ковалентная модификация олиготимидилата производным имидазофеназина существенно повышает термодинамическую стабильность образуемых им дуплексных и триплексных комплексов с комплементарными олиго- и полинуклеотидами за счет интеркаляции ароматического хромофора между адениновыми основаниями. Установлена особенность термодинамики гибридизации модифицированного олигонуклеотида.
4. Исследована самоассоциация производных TMPyP4 и Феофорбида-а на полианионной и поликатионной матрицах (полифосфат, полилизин). Установлены молекулярные механизмы ассоциации этих порфиринов. Впервые обнаружена агрегация TMPyP4 Н-типа.
5. Исследовано комплексообразование порфириновых производных с синтетическими полинуклеотидами poly(A)•poly(U), poly(G)•poly(C) и poly(G). Установлены спектрально-флуоресцентные свойства комплексов и механизмы взаимодействия.
6. Впервые обнаружено аномальное рассеяние света в системе Poly(dA)+Poly(dT)+Mg²⁺ в точке равной термостабильности дуплексной и триплексной полинуклеотидных структур. Рассеяние имеет признаки критической опалесценции и обусловлено флуктуационным процессом объединения нитей полинуклеотидов в кластеры.

Сотрудники, работающие по теме:
к.ф.м.-н., ст. научн. сотр. Зозуля В.Н.; к.ф.м.-н., м.н.с. Рязанова О.А., вед. инж. Волошин И.М.

Основные публикации последних лет:

1. Karachevtsev V.A., Zarudnev E.S., Glamazda A.Yu., Plokhotnichenko A.M., Zozulya V.N., Stepanian S.G., Adamovicz L.
   "Pre-resonance Raman and IR absorption spectroscopy of imidazophenazine and its derivatives: Experimental and ab initio study",
   Vibrational Spectroscopy (2008), v.47, issue 2, p. 71-81.
2. O.A. Ryazanova, I.M. Voloshin, I.Ya. Dubey, L.V. Dubey, V.N. Zozulya.
   "Fluorescent studies on cooperative binding of cationic Pheophorbide-a derivative to polyphosphate",
   Annals of the New York Academy of Sciences (2008), v.1130, p. 293-299.
3. O.A. Ryazanova, I.M. Voloshin, I.Ya. Dubey, L.V. Dubey and V.N. Zozulya.
   “Spectroscopic studies on binding of cationic Pheophorbide-a derivative to model polynucleotides”,
   IFMBE Proceedings (2008), v.20, p. 397-400.
4. І.Я. Дубей, Л.В. Дубей, Д.М. Федоряк, В.М. Зозуля.
   "Синтез 5'-кон'югатів олігонуклеотидів з інтеркалятором імідазофеназином",
   Ukrainica Bioorganica Acta (2007), т. 2, с. 33-38.
5. O.A. Ryazanova, I.M. Voloshin, V.L. Makitruk, V.N. Zozulya, V.A. Karachevtsev.
   " pH – Induced changes in electronic absorption and fluorescence spectra of phenazine derivatives",
   Spectrochimica Acta Part A (2007) v. 66, issue 4-5, p. 849-859.
6. Yu. Blagoi, V. Zozulya, S. Egupov, V. Onishchenko, G. Gladchenko.
   "Thermodynamic Analysis of Transitions in Oligonucleotide Complexes in Presence of Na⁺and Mg²⁺ Ions, Using "Staggering Zipper Model" (2007) v. 86, p. 32-41.
7. O.A. Ryazanova, V.N. Zozulya, I.M. Voloshin, V.A. Karachevtsev, V.L. Makitruk, S.G. Stepanian.
   "Absorption and fluorescence spectral studies of imidazophenazine derivatives",
   Spectrochimica Acta Part A (2004), vol. 60, issue 8-9, p. 2005-2011.
8. V. Zozulya, Yu. Blagoi, I. Dubey, D. Fedoryak, V. Makitruk, O. Ryazanova, A. Shcherbakova.
   "Anchorage of an Oligonucleotide Hybridization by a Tethered Phenazine Nucleoside Analogue",
   Biopolymers (Biospectroscopy) (2003), v. 72(4), p. 264-273.
9. V.N. Zozulya, A.B. Nesterov, O.A.Ryazanova, Yu.P. Blagoi.
   "Conformational transitions and aggregation in poly(dA)-poly(dT) system induced by Na⁺ and Mg²⁺ ions",
   Int. J. Biol. Macromol. (UK) (2003), v. 33, issue 4-5, p. 183-191.

Оборудование

• Автоматизированная установка на основе спектрофотометра Specord UV/VIS (Carl Zeiss Jena, 185-800 нм) для измерения в видимом и УФ диапазонах.
• Лабораторный автоматизированный спектрофлуориметр для измерений поляризованной флуоресценции, созданный на основе двойного монохроматора DFS-12 (ЛОМО, 350-850 нм, дисперсия 5 A/мм) и оснащенный электронной системой счета фотонов. Возбужление флуоресценции осуществляется излучениями вольфрам-галогенной лампы, He-Ne и полупроводниковых лазеров.
• Лабораторная термоячейка с кварцевой кюветой, температура которой регулируется с помощью управляемого компьютером элемента Пелтье (температурный диапазон –12-120 ^oC, точность измерений ±0,1 ^oC). Ячейка может быть размещена в кюветном отделении спектрофотометра или спектрофлуориметра.