Висвітлено принципи й умови асоціації багатоатомних частинок у розчинах. Розглянуто асоціацію різних протолітичних форм барвників як супрамолекулярний процес. На підставі публікацій останніх років, подано сучасне уявлення про різнорідну асоціацію барвників з точки зору термодинаміки й енергетики, а також проаналізовано властивості низки "класів барвників: ціанінів, сульфофталеїнів, ксантенів та інших. На підгрунті експериментальних значень (константи асоціації) і розрахункових даних (енергетичні параметри окремих іонів) викладено підхід щодо прогнозування стійкості різнорідних асоціатів барвників у воді.

Виконано спільні квантово-хімічні та спектральні дослідження особливостей електронних переходів у мероціанінах. Встановлено, що 2 найнижчі переходи роздвоюються, залучаючи обидва донорні рівні подібно до симетричних ціанінів. Крім того, довгохвильова смуга поглинання є дуже інтенсивною, тоді як наступний за ним другий перехід виявляється лише в спектрах анізотропії збудження флуоресценції. На відміну від основного стану, розщеплення МО у збудженому стані призводить до нестійкості. Аналіз результатів теоретичних та експериментальних досліджень дозволяє передбачити, що існує 2 шляхи релаксації у збудженому стані: ціаніновий, з вирівнюванням довжин зв'язків; полієновий, із значним альтернуванням довжин зв'язків. Це припущення підтверджується існуванням двох компонент у розділених у часі спектрах флуоресценції, виміряних за низької температури.

Дослідження присвячено пошуку нових підходів до конструювання поліметинових барвників і нових методів управління їх забарвленням, що було реалізовано у декількох напрямах. Одержано діоксаборинові барвники діалкіламінокумаринового та діалкіламінохінолонового рядів, що є стійкими речовинами з високою інтенсивністю поглинання, флуоресценції й яскравості. Для даних барвників також характерна висока інтенсивність двофотонного поглинання. Серед інших синтезованих діоксаборинів - похідних дегідрацетової кислоти - знайдено чутливі флуоресцентні зонди на аміни та білки. Проведено порівняльний аналіз стійкості одержаних барвників. Показано, що модифікація бородипірометенового ядра за мезо-положенням поліметиновим хромофором сприяє утворенню глибокозабарвлених похідних, що за природою забарвлення є мероціаніновими барвниками. Моно- та диполіметинзаміщені за α-положеннями BODIPY також є довгохвильовими мероціаніновими барвниками, але різних типів. Модифікація ксантилоціанінів двома діетиламіногрупами сприяє появі барвників, що належать до найбільш довгохвильових типів ціанінів. На основі ядра піроніну вперше синтезовано ковалентно зв'язані катіон-аніонні бісбарвники та розроблено новий підхід до синтезу гетероциклічних аналогів родамінових барвників, що дає додаткові можливості для їх функціоналізації. Показано ефективність як металохромів основ поліметинових барвників та мероціанінів 8-оксихінолінового ряду.

Показано, що моно- та триметинціаніни та гомодимерні стирилціаніни є ефективними зондами для визначення амілоїдних фібрил, а три- та пентаметинціаніни - для визначення олігомерних білкових агрегатів. Запропоновано просторову модель комплексу монометинового ціаніну з каналом зв'язування фібрили. Виявлено високу інгібіторну активність серії фталоціанінів з позаплощиними лігандами в реакції фібрилоутворення інсуліну. Показано специфічність сквараїнових барвників з довгими N-алкільними замісниками до альбумінів, та досліджено їх афінність до сайтів зв'язування людського сироваткового альбуміну. Показано можливість використання пентаметинових ціанінів для визначення глобулярних білків у нативній і частково денатурованих конформаціях у моніторингу конформаційних переходів. Розроблено та впроваджено в практику флуоресцентні зонди: для детекції амілоїдних фібрил і моніторингу процесу фібрилоутворення; для пост-електрофоретичної візуалізації білків в поліакриламідних гелях; для неспецифічного визначення білків в мікрорідинних системах аналізу.

Досліджено спектральні властивості барвників на основі флуорену та його похідних з електроноакцепторними замісниками. Синтезовано перші представники аніонних поліметинових, мероціанінових, скварилієвих і кроконієвих барвників на основі флуорену з замісниками різної електроноакцепторності. Показано, що аніонні поліметини відрізняються від класичних ціанінів тим, що досягають поглинання світла в ближньому інфрачервоному діапазоні спектру (з довжиною хвилі > 1 000 нм) за коротшого поліметинового ланцюга та мають інтенсивні вузькі смуги поглинання навіть у сильноелектрофільних і сильнонуклеофільних розчинниках. Визначено, що аніонні барвники утворюють контактні іонні пари значно легше, ніж катіонні, внаслідок чого від природи протиіону перших сильно залежать не тільки спектральні характеристики, а й стійкість і методи їх одержання. Варіюванням донорно-ацепторних властивостей кінцевих груп мероціанінів досягнуто граничні електронні стани поліметину та нейтрального полієну. Показано, що нітрогрупа в флуореновому залишку синтезованих барвників викликає аномальні ефекти в спектрах поглинання. Вони інтерпретовані за допомогою квантово-хімічних розрахунків електронної будови молекул барвників.

За допомогою спектрально-люмінесцентних методів досліджено особливості взаємодії монометинових бензотіазолових ціанінових барвників із ДНК. Запропоновано й експериментально обгрунтовано модель "напівінтеркаляції" монометинових ціанінових барвників у дволанцюгову ДНК, за якою бензотіазоловий гетероцикл "класично" інтеркалює між сусідніми парами основ, тоді як другий гетероцикл просторово фіксується у маленькій борозенці нуклеїнових кислот (НК). Доведено, що зв'язування основного гетероциклу відбувається шляхом електростатичної взаємодії з фосфатними групами ДНК. Розглянуто вплив агрегаційних процесів, що існують у водних розчинах ціанінів, на структуру та спектрально-люмінісцентні властивості комплексів барвників- НК. Досліджено спектрально-люмінесцентні властивості серії з вісімнадцяти монометинових ціанінових барвників та їх комплексів з ДНК та РНК. Встановлено, що барвники 2-[(3-метил-2(3Н)-бензотіазоліліден)-метил]-5,6-диоксиметилен-3-метил- бензотіазолій п-толуолсульфонат (Cyan 13) та 4-[(1-метил-бензотіазоліліден-2)метил]-1,2,6-триметилпіридиніум перхлорат (Cyan 40) є перспективними флуоресцентними зондами для детекції НК.

Проведено спектрофотометричне вивчення різнорідної асоціації іонних форм ціанінових барвників з органічними протиіонами. Визначено стехіометричні співвідношення взаємодіючих протиіонів і термодинамічні сталі асоціації. Установлено, що міцність асоціатів може задовільно корелювати з деякими власними характеристиками органічних іонів: ентальпією гідратації, показником гідрофобності. Обговорено можливість раціонального застосування одержаного набору параметрів структур протиіонів для прогнозування можливості утворення асоціатів ціанінових хромофорів з великими органічними іонами у водному розчині. Розраховано термодинамічні характеристики процесу, які відображають істотний внесок дисперсійних і гідрофобних взаємодій. Вивчено руйнуючу дію іоногенних поверхнево-активних речовин (ПАР) на асоціати катіонних і аніонних ціанінів. Установлено властивості асоціатів, на яких базується спосіб кількісного визначення катіонних ПАР.

Здійснено комплексне квантово-хімічне та спектральне дослідження закономірностей впливу хімічної будови двох типів нейтральних донорно-акцепторних ціанінових барвників на їх електронну структуру та природу електронних переходів. Розроблено загальну концепцію залежності електронних і спектральних властивостей основ і мероціанінів від хімічної будови, яка грунтується на результатах квантово-хімічних і спектральних досліджень. Базуючись на даних розрахунків за напів- та неемпіричними методами, показано полієноподібний характер електронної будови донорно-акцепторних ціанінових барвників. У молекулах з коротким хромоформом визначальним є вплив скінченних груп. За умов подовження ланцюга до критичної довжини та більше досягається бірадикальний стан з вирівняними довжинами зв'язків і атомними зарядами. Для пояснення глибокого забарвлення та флуоресценції мероціанінів запропоновано схему взаємодії квазілокальних хромоформів, які містять спряжену систему скінченної групи разом з поліметиновим ланцюгом. На підставі нелінійно-оптичних досліджень показано, що у нейтральних несиметричних основах ціанінів збільшення електронодонорності скінченної групи призводить до зростання гіперполяризованостей, тому подібні сполуки є перспективними матеріалами для нелінійної оптики.

Проведено пошук нових флуоресцентних зондів серед ціанінових барвників для специфічної детекції фібрил <$Ealpha>-синуклеїну та вивчено структуру комплексу барвник/амілоїдна фібрила. Уперше запропоновано ціанінові барвники як флуоресцентні зонди для детекції амілоїдних агрегатів <$Ebeta>-лактоглобуліну та <$Ealpha>-синуклеїну. Виявлено структурні фрагменти, навність яких у молекулі ціанінів сприяє його зв'язуванню з фібрилярними білками. Охарактеризовано комплекси барвник/фібрилярний <$Ealpha>-синуклеїн з використанням методів флуоресцентної анізотропії, спектроскопії з поділом участі атомної силової мікроскопії. На підставі результатів комп'ютерного моделювання розроблено модель комплексу барвник/фібрила, згідно з якою барвник розміщується в "каналі зв'язування" своєю найдовшою віссю паралельно довгій осі фібрили. Моно- (Е-284) і триметинціанінові (SH-516) барвники запропоновано розглядати як зонди для визначення <$Ealpha>-синуклеїну, агрегованого у фібрили та кількісного оцінювання процесу фібрилоутворення in vitro.

  Скачати повний текст

Індекс рубрикатора НБУВ: Р620.426.3-433с25 + Е0*725.111.3в73

Рубрики:

Дрижальний параліч (Хвороба Паркінсона)

Загальна біологія

Шифр НБУВ: РА364818 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Запропоновано три нові варіанти синтезу гомо-n-мерних монометинціанінових барвників. Вперше синтезовано низку нових гомодимерних ціанінів і гомотримерних монометинціанінових барвників. Спектрально-люмінесцентними методами досліджено особливості взаємодії отриманих гомо-n-мерних ціанінів із ДНК. Вивчено вплив агрегаційних процесів на спектрально-люмінесцентні властивості комплексів гомо-n-мерних ціанінових барвників із НК. Показано, що наявність агрегаційних процесів значно підвищує чутливість флуоресцентної детекції на довжині хвилі випромінювання мономерної форми барвника за рахунок зростання співвідношення сигнал/шум. Проведено комп'ютерне моделювання геометричної структури агрегатів гомо-n-мерних монометинціанінів і розрахунки електронних переходів останніх. Квантово-хімічним розрахунками підтверджено можливість існування міжмолекулярних агрегаційних комплексів, утворених взаємодією трьох хромоформів, два з яких належать одній молекулі. Показано, що досліджені ціанінові барвники можуть бути використані як флуоресцентні зонди для визначення НК у розчині та під час електрофорезу в агарозному гелі.

За допомогою методу флуоресцентної спектроскопії проведено оцінку можливості використання нових гептаметинових ціанінових барвників AK7-5 та AK7-6 для детектування та характеризації одновимірних білкових агрегатів (амілоїдних фібрил), пов'язаних із розвитком численних патологій. Показано, що мономерна та агрегована форми цих барвників можуть зв'язуватись з амілоїдогенним білком лізоцимом, а супутні зміни в електронній структурі Н-агрегатів надають їм здатності флуоресціювати. Зростання гіпсохромної смуги, поряд із незначними змінами мономерного піка, індуковані нативним білком, і протилежні ефекти, викликані фібрилами лізоциму, надають можливість припустити, шо нативний лізоцим має більшу кількість сайтів зв'язування для агрегатів барвника, ніж фібрилярна форма білка, в той час як жолобки фібрил є специфічними сайтами зв'язування для мономерів барвника. Спостережувана спектральна поведінка ціанінів, а саме значні відмінності флуоресцентних відповідей, що викликані мономерною та фібрилярною формами лізоциму, свідчать про можливість застосування цих сполук як флуоресцентні амілоїдні маркери, поряд із класичним маркером Тіофлавіном Т.

Проведено спектральне дослідження ряду мероціанінових барвників, похідних амінокумарину та відповідних вінілогічних серій симетричних аніонних поліметинових барвників. Увагу приділено чутливості форми кривої поглинання до полярності розчинника, що вносить суттєві корективи до спектральних властивостей поліметинових барвників. Показано, що у цих сполук у малополярних розчинниках досягається ідеальний поліметиновий стан, так званий стан "cyanine limit". За переходу до розчинників з вищою полярністю спостерігається значне зростання ширини спектральної смуги поглинання, а також зникання піка коливального переходу. При цьому головний максимум зміщується в бік коротких хвиль. Встановлено, що виникнення додаткової широкої короткохвильової смуги в спектрах барвників, які поглинають у ближній ІЧ області, пов'язано з порушенням симетрії в розподілі заряду в поліметиновому ланцюжку. Знайдено, що крім схожості спектрів поглинання ціанінів й відповідних їм симетричних барвників, для цих сполук можлива мобільність розподілу заряду в поліметиновому хромофорі й існування двох форм у сильно полярних розчинниках, що підтверджується появою додаткової смуги поглинання.

Підсумовано основні результати досліджень інгібіторів теломерази та лігандів G-квадруплексної ДНК. Синтезовано й вивчено серію потенційних інгібіторів ферменту на основі трициклічних гетероароматичних систем (тіазолобензімідазоли, феназини, акридони), амінозаміщених ціанінів та природних і синтетичних порфіринів і їх металокомплексів. Знайдено низку сполук - ціанінів та особливо похідних і кон'югатів порфіринів, що ефективно інгібують теломеразу in vitro за умов тесту TRAP у мікромолярних концентраціях. Порфірини у мікро- та наномолярних концентраціях демонструють антипроліферативну дію в культурах пухлинних клітин. Спектрофлуоресцентними та електрофоретичними методами досліджено взаємодію лігандів з дуплексною та квадруплексною ДНК, у багатьох випадках визначено тип зв'язування. Взаємодію ліганд - мішень вивчено методами квантової хімії за використання G-октету як зручної моделі G-квадруплексу. Для моделювання зв'язування малих молекул з квадруплексною ДНК Tel22 застосовано гібридний QM/MM-підхід ONIOM2.

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.111.4-604.2

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж14252 Пошук видання у каталогах НБУВ 
Повний текст  Наукова періодика України 

Отримано низку пар структурно подібних монометинових ціанінових барвників з протилежним напрямком електричного диполя та досліджено їх спектрально-люмінесцентні властивості у вільному стані та в присутності дволанцюгової ДНК. Зміна значень стоксових зсувів барвників за їх взаємодії з ДНК свідчить про те, що барвники в комплексах оточені дипольним середовищем, що підтверджує "напівінтеркаляційну" модель взаємодії. Розглядаючи зміну стоксового зсуву барвників під час взаємодії з ДНК як прояв зміни їх електронної асиметрії, висловлено припущення щодо положення кожного барвника в ДНК та зроблено висновок про те, що орієнтацію молекули барвника в комплексі визначає в основному її геометрія, а напрямок дипольного моменту барвника має в цьому разі вторинне значення.

Синтезовано низку нових симетричних і несиметричних триметинових ціанінів з різноманітними замісниками у мезо-положенні поліметинового ланцюга. З'ясовано, що за присутності ДНК, РНК і меншою мірою за присутності білка інтенсивність флуоресценції барвників зростає. Максимальне зростання становить 270 разів. Найбільші її значення спостережено для барвників з метильною групою в мезо-положенні поліметинового ланцюга. Якщо більш масивні групи - ароматичні чи трет-алкільний залишки - з'єднані з мезо-положенням гнучким аліфатичним ланцюгом з 1 - 3 <$E roman CH sub 2> груп, то флуоресцентні властивості таких барвників за присутності нуклеїнових кислот близькі до властивостей мезо-метил-заміщених барвників.

З метою розробки нових флюоресцентних ціанінових барвників для детекції нуклеїнових кислот одержано ряд нових похідних 2,6-диметил-4-(3-метил-3Н-бензотіазол-2-іліденметил)-1-алкіл-піридиній перхлорату. Досліджено спектрально-люмінесцентні властивості синтезованих барвників, їх комплексів з ДНК і РНК та в присутності білка. Вивчено вплив різноманітних функціональних груп у складі піридинієвих монометинових ціанінів на флюоресцентні властивості цих барвників та їх комплексів з нуклеїновими кислотами.