Межмолекулярные взаимодействия в монослоях высокомолекулярных соединений (1103718), страница 3
Текст из файла (страница 3)
7). Скорость протекания процесса адсорбции поликатиона при использовании золотой подложки, модифицированной 3-меркаптопропионовойкислотой, больше, чем в случае использования отрицательно заряженнойкремниевой поверхности. Органические соединения, содержащие тиольнуюгруппу способны формировать на поверхности упорядоченные монослои подобные пленкам Лэнгмюра-Блоджет3. Кроме того, в боратном буфере группы –COOH на поверхности диссоциируют в большей степени, чем группы –SiOH.
В результате этого образование связей в точках зацепления макромолекул с поверхностью при взаимодействии поли-4-ВП с карбоксилсодержащиммонослоем более вероятно, чем с окисленной поверхностью кремния.Для подтверждения факта быстрой адсорбции поли-4-ВП золотой поверхностью, модифицированной 3-меркаптопропионовой кислотой, был проведенанализ изменения массы адсорбированного слоя методом кварцевого микровзвешивания (КМВ). Резкое понижение резонансной частоты в первыеминуты, связанное с приростом массы, свидетельствует о том, что в основном, процесс адсорбции макромолекул протекает именно за это время. После этого резонансная частота колебаний кварцевого кристалла практическине меняется (рис.9).3Nuzzo, R. G.; Allara, D. L., Adsorption of bifunctional organic disulfides on gold surfaces.
J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 4481-4483.12Таким образом, результаты, полученные в ходе экспериментов на НКС,КМВ и СЗМ, свидетельствуют о том,что непосредственно адсорбция полиэлектролита заряженной поверхностью происходит достаточно быстро, за несколько минут, в то времякак процессы формирования структуры полимерного слоя и релаксацииРис. 9. Зависимость изменения ревнутренних напряжений в нем занизонансной частоты колебаний квармают несколько часов.цевого кристалла (Δω) от времени (t)Полученные в данном разделе реадсорбции 4-ВП на золотую поверхзультаты по формированию латеность, модифицированную 3-меркаральных напряжений в адсорбироптопропионовой кислотой.ванном слое полиэлектролита 4-ВПпозволяют перейти к изучению специфической адсорбции более сложныхбиомолекул, таких как ДНК и белки.Глава 4.
Первичная структура полинуклеотидов и механизм адсорбциикомплементарных ДНК на модифицированную поверхность. Глава посвящена изучению взаимосвязи формирования на золотой поверхности слоевиз одноцепочечных молекул ДНК различного строения и возникновения латеральных напряжений при их биоспецифическом взаимодействии с комплементарными полинуклеотидами. Одна из молекул ДНК была химическипривита к золотой поверхности кантилевера, вторая молекула из комплементарной пары служила в качестве вещества, способного к биоспецифическому связыванию (все измерения проведены в буферном растворе ТрисЭДТА с pH=7,4).
Для экспериментов были взяты две пары комплементарныхмолекул ДНК с различной последовательностью нуклеотидов (табл.1).Таблица 1. Последовательности нуклеотидовПоследовательностьHS-5’-TT TTT TTT TTC TTT CCT TCT ATT CGA GAT CTC CTC GA-3’Пара 15’-TCG AGG AGA TCT CGA ATA GAA GGA AAG-3’HS-5’-TTT TTT TTT TTC AGG CTG CTG TTC GAT CCA TTC ACT ACT-3’Пара 25’-AGT AGT GAA TGG ATC GGA CAG CAG CCT GA-3’В каждой паре одна из молекул ДНК содержала SH — группу, необходимуюдля закрепления на золотой поверхности кантилевера.
Последовательностьнуклеотидов в тиомодифицированных молекулах ДНК пары 1 была подобрана таким образом, чтобы эти молекулы могли образовывать связи не толькос комплементарными им полинуклеотидами, но и между собой, формируятем самым вторичную структуру в адсорбированном слое. В тиомодифици13рованных молекулах ДНК из пары 2 последовательность нуклеотидов былатакова, что количество комплементарных связей, возникающих между соседними молекулами, было не достаточно для формирования вторичнойструктуры на золотой поверхности кантилевера (Рис. 10).Иммобилизация на золотую поверхность тиомодифицированных молекулДНК из обеих пар привела к возникновению стягивающих латеральных напряжений (рис.11).В адсорбированном слое ДНК па1ры 1 латеральные напряжения2выше, чем у пары 2.
Это связано стем, что молекулы ДНК пары 1,способны образовывать подрядвосемь комплементарных связеймежду азотистыми основаниями,входящими в их состав, в отличиеот тио-молекул пары 2, где поРис. 11. Зависимость σ(t) для иммобили- добного взаимодействия нет.зованных на золотую поверхность слоев Разница в уровне конечных знатиомодифицированных молекул ДНК, чений латеральных напряженийспособных (1) и неспособных (2) фор- составила 0,017 Н/м.
Зная эту вемировать вторичную структуру.личину и плотность упаковки иммобилизованных молекул ДНК в122слое (2.5 x10 молекул/см , по данным флуоресцентной микроскопии), используя уравнение Шатлворта (2), была найдена энергия межмолекулярныхкомплементарных связей, которая составляет 620 ± 10 кДж/моль. В данномслучае вклад поверхностной деформации (второе слагаемое уравнения) неучитывали.Перед изучением специфического связывания комплементарных молекулДНК, адсорбированных на золотой поверхности, с молекулами, находящимися в растворе, на незанятые участки поверхности наносили блокатор (триэтиленгликольунодекантиол) (рис.10, б).Для комплементарных полинуклеотидов пары 1 в первые несколько минутпротекания процесса биоспецифического связывания между иммобилизованными на поверхности и находящимися в растворе молекулами ДНК привели к резкому росту стягивающих напряжений в адсорбированном слое.После пяти минут сорбции латеральные напряжения начинают медленноуменьшаться.
Для второй пары нуклеотидов наблюдается плавный рост стягивающих напряжений в слое во всем временном интервале. Спустя 50 минут латеральные напряжения в полимерном слое обеих пар молекул ДНКимеют близкие значения (Рис. 12).14абвРис. 10. Постадийная схема процессов гибридизации молекул ДНК пары 1 ипары 2. а) – тиомодифицированные ДНК, привитые к золотой поверхности,б) – присоединение комплементарной ДНК из раствора, в) двуспиральныемолекулы ДНК на поверхности.15Отличие в формировании латеральных напряжений в адсорбированном слое молекул ДНК за2ключается в следующем: для первой пары нуклеотидов сначалапроисходит формирование некойвторичной структуры на поверхности за счет образования связеймежду близко расположеннымиРис. 12. Зависимости σ(t) для процесса соседнимитиомодифицированспецифического связывания с образо- ными молекулами ДНК. Затем наванием двойной спирали молекул ДНК образовавшийся двухмолекуляриз раствора с комплементарными тио- ный комплекс из раствора сорбимолекулами ДНК на поверхности, кото- руются комплементарные молекурые способны (1) и не способны (2) лы.
Быстро формируется некаяформировать вторичную структуру .трехмолекулярнаяпереходнаяструктура (Рис. 10, б), которая затем разрушается и происходит медленный процесс гибридизации. В случаетиомодифицированной молекулы ДНК из второй пары вторичная структуране образуется, на поверхности находятся свободные одноцепочечные молекулы. Для этой пары комплементарных полинуклеотидов происходит обычный процесс образования двойной спирали: молекулы ДНК из раствора образуют точки зацепления с молекулами на поверхности, и затем медленнопроисходит процесс гибридизации, в результате чего наблюдается слабыйрост стягивающих напряжений в слое.
Близкие значения латеральных напряжений в конце процесса гибридизации свидетельствуют о формировании схожих структур двуспиральных молекул ДНК.В результате исследования латеральных напряжений, формирующихся в адсорбированном слое тио-модифицированных полинуклеотидов, было определено значение энергии водородных связей, возникающих между молекулами ДНК, способными к образованию вторичной структуры, которое составляет 620 ± 10 кДж/моль. Данное значение согласуется с величиной энергии водородных связей, рассчитанных для аналогичной системы на основетеории молекулярных орбиталей4, которое составляет 606 кДж/моль.
Дляпары комплементарных полинуклеотидов, один из которых обладает вторичной структурой, предложен механизм образования двойной спирали.1Глава 5. Влияние структуры монослоя молекул тиолов и полинуклеотидовна специфическую адсорбцию белков в потоке. В главе представлены результаты изучения связывания молекул тромбина с монослоем, состоящим4Amparo Asensio, Nadya Kobko, and J. J. Dannenberg, J.
Phys. Chem. A, 107, 6441-6443(2003)16из молекул триэтиленгликольунодекантиола и аптамеров (молекул ДНК,способных специфически взаимодействовать с определенным белком). Дляэкспериментов были взяты два аптамера, оканчивающиеся тиольными группами и содержащими метиленовые цепи, разной длины (рис.14):SH- 3’-(CH2)6-GGT TGG TGT GGT TGG-5’ (длина метиленовой цепи ~1,1 нм),SH- 3’-(CH2)24-GGT TGG TGT GGT TGG-5’ (длина метиленовой цепи ~3.9 нм).В качестве контрольного вещества, не обладающего способностью к специфическому связыванию с тромбином, использовали полиаденин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
