Помощь студентам в учебе
Изучение взаимодействия ДНК с ионами металлов и металлоорганическими комплексами
|
Введение 3
Глава 1. Структура и свойства ДНК. Ее взаимодействие с металлами и металлокомплексами 5
1.1 Структура молекулы ДНК 5
1.2 ДНК как мишень для противоопухолевых препаратов 10
1.3 Взаимодействие ДНК с ионами металлов 13
1.4 Координационные соединения 14
1.4.1 Связывание молекулы ДНК с координационными соединениями платины 15
1.4.2 Взаимодействие ДНК с соединениями рутения 17
Глава 2. Методы и материалы 20
2.1 Электронная спектроскопия поглощения 20
2.2. Определение константы связывания соединений с ДНК методом Вульфа-Шиммера 20
2.3 Изучение ДНК методом плавления 24
2.4. Метод флуоресцентной спектроскопии 25
2.4.1 Конкурентное связывание DAPI и комплекса рутения c ДНК 26
2.4.2 Конкурентное связывание соединения рутения и EtBr с ДНК. 27
2.5 Материалы 28
Глава 3. Результаты и их обсуждение 28
3.1.Изучение взаимодействия молекулы ДНК с соединением рутения 28
3.2.Изучение конкурентного связывания RuNalNa с ДНК с использованием люминесцирующих красителей DAPI и EtBr 36
3.3. Изучение связывания ДНК с координационными соединениями платины и двухвалентными ионами металлов 39
Выводы 44
Список литературы
Глава 1. Структура и свойства ДНК. Ее взаимодействие с металлами и металлокомплексами 5
1.1 Структура молекулы ДНК 5
1.2 ДНК как мишень для противоопухолевых препаратов 10
1.3 Взаимодействие ДНК с ионами металлов 13
1.4 Координационные соединения 14
1.4.1 Связывание молекулы ДНК с координационными соединениями платины 15
1.4.2 Взаимодействие ДНК с соединениями рутения 17
Глава 2. Методы и материалы 20
2.1 Электронная спектроскопия поглощения 20
2.2. Определение константы связывания соединений с ДНК методом Вульфа-Шиммера 20
2.3 Изучение ДНК методом плавления 24
2.4. Метод флуоресцентной спектроскопии 25
2.4.1 Конкурентное связывание DAPI и комплекса рутения c ДНК 26
2.4.2 Конкурентное связывание соединения рутения и EtBr с ДНК. 27
2.5 Материалы 28
Глава 3. Результаты и их обсуждение 28
3.1.Изучение взаимодействия молекулы ДНК с соединением рутения 28
3.2.Изучение конкурентного связывания RuNalNa с ДНК с использованием люминесцирующих красителей DAPI и EtBr 36
3.3. Изучение связывания ДНК с координационными соединениями платины и двухвалентными ионами металлов 39
Выводы 44
Список литературы
Злокачественная опухоль – новообразование, возникшее в результате трансформации здоровых клеток в злокачественные, которые начинают бесконтрольно размножаться, нанося вред всему организму. В результате трансформации они могут потерять способность к апоптозу, старению и могут образовывать метастазы в других органах. Злокачественнее опухоли появились, по-видимому, вместе с многоклеточными организмами, поскольку они описаны даже у таких простых организмов как гидры. [1]В последнее время увеличение продолжительности жизни и ухудшение экологии привело к увеличению заболеваемости. [2]
В настоящее время разработано множество эффективных средств борьбы с опухолями, таких как радиотерапия, хирургическое удаление, фото и иммунотерапия. Но наиболее эффективным методом для лечения большинства видов опухолей остается химиотерапия, то есть применение лекарств, подавляющих развитие опухолей. Такие лекарственные средства могут воздействовать на иммунную систему человека, на некоторые белки, но основной мишенью лекарств является молекула ДНК. Лекарства, связываясь с молекулой ДНК, могут блокировать деление злокачественной клетки и вызывать ее апоптоз. Они влияют на весь организм, но наибольшему действию подвержены быстро делящиеся клетки, такие как клетки злокачественных опухолей, некоторые клетки кишечника и кожи. Не последнее место среди таких лекарств занимают координационные комплексы металлов, первый из которых, цисплатин (цис-диамминдихлороплатина(II)), был открыт случайно в результате электролиза платиновых электродов. Соединение оказалось способно эффективно убивать бактерии, а затем была продемонстрирована его высокая противоопухолевая активность. При некоторых видах рака применение цисплатина в составе комбинированной терапии позволяет добиться почти гарантированного выздоровления. [3] Однако, при всех своих достоинствах, цисплатин обладает очень высокой токсичностью для здоровых клеток, что спровоцировало большое количество исследований, стремящихся найти комплексы металлов, способных показывать аналогичную цисплатину эффективность в лечении злокачественных опухолей, но обладающих меньшей токсичностью. Этот поиск не прекращается и сейчас. Одним из направлений этого поиска является синтез и исследование препаратов других металлов платиновой группы, других металлов и их ионов.
Изучение взаимодействие ДНК с новыми соединениями в растворе является широко используемым подходом. Поскольку действие противоопухолевых препаратов чаще всего связано с взаимодействием с ДНК путем образования прочных связей, изучение взаимодействия ДНК с соединениями-претендентами на роль новых противоопухолевых лекарств является удобным методом отбора перспективных соединений из тысяч кандидатов.
Сказанное выше свидетельствует об актуальности выполненных исследований. Побочные эффекты используемых сейчас в медицине соединений платины вынуждают исследователей как можно быстрее найти более безопасные и эффективные заменители. Практическая ценность работы заключается в том, что исследуемые соединения являются либо противоопухолевыми препаратами (цисплатин), либо потенциальными лекарственными средствами (препарат рутения). Для сравнения рассмотрено взаимодействие молекулы ДНК с ионами двухвалентных металлов (медью, марганца, магния).
Научная новизна проведенной работы заключается в том, что исследуемое соединение рутения является новым препаратом.
Основной целью данной работы являлось выяснение способа связывания металлов и их комплексов с ДНКinvitro, выявление перспективности синтезированного соединения для дальнейших более тщательных и сложных исследований, тестирования на бактериях, клеточных линиях и животных в качестве противоопухолевого средства.
В настоящее время разработано множество эффективных средств борьбы с опухолями, таких как радиотерапия, хирургическое удаление, фото и иммунотерапия. Но наиболее эффективным методом для лечения большинства видов опухолей остается химиотерапия, то есть применение лекарств, подавляющих развитие опухолей. Такие лекарственные средства могут воздействовать на иммунную систему человека, на некоторые белки, но основной мишенью лекарств является молекула ДНК. Лекарства, связываясь с молекулой ДНК, могут блокировать деление злокачественной клетки и вызывать ее апоптоз. Они влияют на весь организм, но наибольшему действию подвержены быстро делящиеся клетки, такие как клетки злокачественных опухолей, некоторые клетки кишечника и кожи. Не последнее место среди таких лекарств занимают координационные комплексы металлов, первый из которых, цисплатин (цис-диамминдихлороплатина(II)), был открыт случайно в результате электролиза платиновых электродов. Соединение оказалось способно эффективно убивать бактерии, а затем была продемонстрирована его высокая противоопухолевая активность. При некоторых видах рака применение цисплатина в составе комбинированной терапии позволяет добиться почти гарантированного выздоровления. [3] Однако, при всех своих достоинствах, цисплатин обладает очень высокой токсичностью для здоровых клеток, что спровоцировало большое количество исследований, стремящихся найти комплексы металлов, способных показывать аналогичную цисплатину эффективность в лечении злокачественных опухолей, но обладающих меньшей токсичностью. Этот поиск не прекращается и сейчас. Одним из направлений этого поиска является синтез и исследование препаратов других металлов платиновой группы, других металлов и их ионов.
Изучение взаимодействие ДНК с новыми соединениями в растворе является широко используемым подходом. Поскольку действие противоопухолевых препаратов чаще всего связано с взаимодействием с ДНК путем образования прочных связей, изучение взаимодействия ДНК с соединениями-претендентами на роль новых противоопухолевых лекарств является удобным методом отбора перспективных соединений из тысяч кандидатов.
Сказанное выше свидетельствует об актуальности выполненных исследований. Побочные эффекты используемых сейчас в медицине соединений платины вынуждают исследователей как можно быстрее найти более безопасные и эффективные заменители. Практическая ценность работы заключается в том, что исследуемые соединения являются либо противоопухолевыми препаратами (цисплатин), либо потенциальными лекарственными средствами (препарат рутения). Для сравнения рассмотрено взаимодействие молекулы ДНК с ионами двухвалентных металлов (медью, марганца, магния).
Научная новизна проведенной работы заключается в том, что исследуемое соединение рутения является новым препаратом.
Основной целью данной работы являлось выяснение способа связывания металлов и их комплексов с ДНКinvitro, выявление перспективности синтезированного соединения для дальнейших более тщательных и сложных исследований, тестирования на бактериях, клеточных линиях и животных в качестве противоопухолевого средства.
В работе изучены спектры поглощения комплексов ДНК с координационными соединениями рутения и платины, а также с двухвалентными ионами металлов.
2. Показано, что соединение рутения взаимодействует с молекулой ДНК в условиях эксперимента, при этом, по-видимому, лиганд – остаток налидиксовой кислоты уходит в раствор при формировании связи рутения с ДНК.
3. При взаимодействии реализуется более одного типа связывания соединения с ДНК, о чем свидетельствует отсутствие изобестической точки при проведении спектрофотометрического титрования.
4. При концентрациях компонентов (ДНК и соединения рутения), соответствующих значению r<0.6 соединение находится в связанном состоянии с ДНК.
5. Сравнение спектров поглощения ДНК с соединениями цис-ДДП, транс-ДДП, СuCl2, MnCl2 показало, что комплексы образуются с одной и той же позицией на молекуле –N7 гуанина.
6. Изучение плавления ДНК в комплексах указывает, что все эти соединения дестабилизируют двойную спираль ДНК, тогда как ионы Mg2+,напротив, приводят к стабилизации вторичной структуры ДНК.
7. Спектры поглощения растворов ДНК с соединениями после их медленного нагревания до 98 градусов показывают, что плавление не нарушает комплексообразования ДНК с используемыми соединениями.
8. Связывание соединения рутения с ДНК влияет как на связывание красителя DAPIпо малой бороздке, так и на его связывание с фосфатами, а также наблюдалось вытеснение интеркалированного этидиума после введения соединения рутения, что свидетельствует о более сильном связывании последнего с ДНК. Можно полагать, что формируется координационная связь.
2. Показано, что соединение рутения взаимодействует с молекулой ДНК в условиях эксперимента, при этом, по-видимому, лиганд – остаток налидиксовой кислоты уходит в раствор при формировании связи рутения с ДНК.
3. При взаимодействии реализуется более одного типа связывания соединения с ДНК, о чем свидетельствует отсутствие изобестической точки при проведении спектрофотометрического титрования.
4. При концентрациях компонентов (ДНК и соединения рутения), соответствующих значению r<0.6 соединение находится в связанном состоянии с ДНК.
5. Сравнение спектров поглощения ДНК с соединениями цис-ДДП, транс-ДДП, СuCl2, MnCl2 показало, что комплексы образуются с одной и той же позицией на молекуле –N7 гуанина.
6. Изучение плавления ДНК в комплексах указывает, что все эти соединения дестабилизируют двойную спираль ДНК, тогда как ионы Mg2+,напротив, приводят к стабилизации вторичной структуры ДНК.
7. Спектры поглощения растворов ДНК с соединениями после их медленного нагревания до 98 градусов показывают, что плавление не нарушает комплексообразования ДНК с используемыми соединениями.
8. Связывание соединения рутения с ДНК влияет как на связывание красителя DAPIпо малой бороздке, так и на его связывание с фосфатами, а также наблюдалось вытеснение интеркалированного этидиума после введения соединения рутения, что свидетельствует о более сильном связывании последнего с ДНК. Можно полагать, что формируется координационная связь.