Взаимодействие наночастиц феррита кобальта и молекул ДНК in vitro

• Автор: Першина, Александра Геннадьевна
• Шифр специальности: 03.01.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

’ Оглавление

| Список используемых сокращений

| Введение

| Глава 1 Обзор литературы

» 1.1 Бионанотехнология

< 1.1.1' Бионаноконструирование

I 1.1.2 ДНК как основа наноструктур

1.2 Ключевые особенности молекулы ДНК, определяющие

ее взаимодействие с наночастицами в водной среде

1.2.1 Структурно-конформационные особенности ДНК

1.2.2 Гидратация ДНК
1.2.3 Протонирование ДНК
1.3 Магнитные наночастицы
1.3.1 Размерно-зависимые эффекты магнитных наночастиц
1.3.2' Влияние структуры и состава наночастиц на магнитные
' свойства-
; 1.3.3 Особенности поверхностных свойств наночастиц
1.3.4 Модификация поверхности наночастиц
1.3.5 Функции покрытия-наночастиц 30*
1.3.6- Особенности наночастиц ферритов, полученных 31 методом механохимического синтеза 1.4 Механизмы взаимодействие ДНК с магнитными
наночастицами
1.4.1 Закономерности участия отдельных атомов-ДНК при ее 34 взаимодействии с другими объектами
1.4.2' Взаимодействие ДНК с ионами металлов1
1.4.3 Закономерности адсорбции анионов на- 37 ферросодержащих поверхностях
1.4.4. Взаимодействие ДНК с наночастицами ферритов
1.5 Формирование бионаноструктур ДНК-наночастицы
1.5.1 Стратегии получения бионаноструктур ДНК
наночастицы
1.5.2 Получение гибридных бионаноструктур ДНК
магнитные наночастицы
1.6 Использование магнитных наночастиц и конструкции на
их основе
1.6.1 Использование магнитных наночастиц для 46 биомедицинских исследований
1.6.2 Целевая доставка нуклеиновых кислот (генотерапия) с
использованием магнитных наночастиц
1.6.3 Наночастицы как регуляторы функциональной
активности ДНК
1.7 Потенциальные риски от использования наноматериалов

1.7.1 Воздействие наночастиц на биосистемы
1.7.2 Биологические эффекты взаимодействия ДНК и 56 наночастиц in vivo
Заключение
Глава 2 Материал и методы
2.1 Материалы исследования
2.2 Методы исследования
2.2.1 Приготовление суспензии частиц нанопорошка
2.2.2 Определение концентрации- частиц нанопрошка в . 62 суспензии.
2.2.3 Определение размера и заряда частиц нанопорошка в- 63 суспензии.
. 2.2.4 Исследование сорбционных свойств поверхности частиц
нанопорошка методом хемосорбции; с газообразными адсорбатами
2.2.5 Исследование сорбции ДЭФ на; поверхности частиц; 65 нанопорошка;
2.2.6 Спектрофотометрическое определение концентрации 65 ДНК
2.2.7 Количественное определение связывания* молекул: ДНК ; 66 и частиц нанопорошка;
2.2.8 Формирование комплекса ДНК-наночастицы
2.2.9 Десорбция ДНК с поверхности наночастиц
2.2.10 Гибридизация олигонуклеотидов
2.2.1 Г Трансформация- клеток* с: использованием; хлористого
кальция
2.2.12 Ферментативный гидролиз ДНК.' ' '
2.2.13 Электрофорез в агарозных и полиакриламидных гелях
2.2.14 ИК-спектрометрическиианализ;
2.2.15 Микроскопия комплекса ДНК-наночастицы
' 2.2.16' Статистическая обработка результатов
Глава 3 Результаты и их обсуждение;
3.1 Исследование взаимодействия. фрагментов
двухцепочечной-геномной-ДНК и наночастиц феррита кобальта
3.1.1 Характеристика частиц нанопорошка феррита кобальта в
суспензии . :
3.1.2 Связывание. ДНК и частиц нанопорошка феррита; 79 кобальта
3.1.3 Изотерма адсорбции ДНК на наночастицах феррита 81 кобальта
3.1.4 Связывание ДНК и наночастиц при изменении, ионной 82 силы среды
3.1.5 Влияние pH-среды на связывание
3.1.6 Влияние на связывание химических веществ

конкурирующих за координационные центры на поверхности наночастиц
3.1.7 Исследование десорбции ДНК с поверхности
наночастиц
3.2 ИК-спектрометрическое исследование комплекса ДНК
наночастицы феррита кобальта
3.3 Взаимодействие наночастиц феррита кобальта и
синтетических молекул ДНК
3.3.1 Связывание олигонуклеотидов различного состава с
наночастицами
3.3.2 Связывание молекул оцДНК различной длины с
наночастицами
3.3.3 Связывание одно- и двухцепоченых синтетических
молекул ДНК с наночастицами
3.3.4 Устойчивость связи компонентов комплекса
олигонуклеотид-наночастица при изменении химического состава среды
3.3.5 ИК-спектрометрические исследования комплексов
олигонуклеотид-наночастица
3.4 Исследование сорбционных свойств поверхности частиц
нанопрошка феррита кобальта с использованием модельных молекул
3.4.1 Исследование сорбции молекул из газовой фазы на 107 поверхности частиц нанопорошка
3.4.2 Исследование сорбции молекул диэтилфосфата на 109 поверхности частиц нанопорошка феррита кобальта из жидкоифазы
3.5 Исследование доступности молекул ДНК, связанных с
наночастицами феррита кобальта, для ферментов (нуклеаз)
3.5.1 Доступность линейных молекул ДНК, связанных с
наночастицами, для эндо- и экзонуклеаз
3.5.2 Доступность плазмидной ДНК, связанной- с
наночастицами феррита кобальта, для эндонуклеаз
3.6 Микроскопическое исследование комплексов ДНК
наночастицы
3.7 Исследование функциональных свойств ДНК, связанной
с наночастицами феррита кобальта
3.7.1 Способность олигонулкеотидов, связанных с 120 наночастицами, к гибридизации
3.7.2 Способность плазмидной ДНК, связанной с
наночастицами, трансформировать клетки прокариот
3.8 Модель взаимодействия молекул ДНК и наночастиц
феррита кобальта
3.8.1 Роль атомов наночастиц во взаимодействии
молекулами и ионами, убывает в ряду: Р02 > N7(6) > 06 (О) > N7(А) > 04(Т) > 02(Т) > Ю(А), 02(0) [124, 125].
1.4.2 Взаимодействие ДНК с ионами металлов? ’
Молекулы нуклеиновых кислот имеют несколько центров связывания ионов металлов:, отрицательно заряженные атомы кислорода фосфатных групп, гидроксильные группы сахаров, эндоциклические атомы азота и экзоциклические кетогруппы оснований. Связывание ионов металлов с различными центрами: на ДНК специфично и сильно зависит от природы иона [127].
В клетке ДНК обычно присутствует в виде комплекса с металламиТ4а:,, К+, М+, Са2+. Однако если ионы щелочных и щелочноземельных металлов* взаимодействуют преимущественно с фосфатными: группами: ДНК, то ионы-переходных металлов более активно? связываются? с основаниями* [128-130]: Взаимодействие их с кислородными атомами фосфатных групп происходит с образованием' ионных, связей* между отрицательно заряженными? кислородами и положительно заряженными ионами : переходного металла; кетогрупп оснований - с образованием координационных связей;[120, 131].
Эндоциклические атомы азота, прежде всего* N7 атом пуринов- и N3 цитозина несут неподеленную пару электронов и являются хорошими лигандами. Однако, взаимодействие с N3 атомом цитозина* стерически затруднено из-за фланкирующих кето- и аминогрупп [46]
Координационная сфера иона>металла заполняется молекулами воды и МП группами, которые не участвуют в прямом связывании. При связывании с N7 атомом гуанина, в образование водородных.связей с другими лигандами координационной сферы может вступать его 06 атом.
Так несколько структурных моделей предложено для соединения катионов: железа с нуклеотидами и полинуклеотидами в водном растворе