Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

8: Взаємодія метал/нуклеїнових кислот

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20170

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    I. Вступ

    Інтерес біонеорганічної спільноти в області взаємодій метал/нуклеїнова кислота зріс в останнє десятиліття. Цей інтерес і отриманий прогрес виникли насамперед через величезні успіхи, які відбулися в нуклеїнових кислотних технологіях. Тепер ми можемо ізолювати, маніпулювати і навіть синтезувати нуклеїнові кислоти певної послідовності та структури, як і інші молекули, які хіміки зазвичай досліджують. Крім того, як може бути видно вже в інших розділах цієї книги, біонеорганічна хімія сама еволюціонує з області, орієнтованої на розмежування металевих центрів в біології, до тієї, яка включає також застосування неорганічної хімії для зондування біологічних структур та функцій. В останні десятиліття стало зрозуміло, що нуклеїнові кислоти, структурно, функціонально і навіть чудово в плані каталізу, відіграють в Природі активну і різноманітну роль. Хімія перехідних металів, як в клітці, так і в аптечній пробірці, забезпечує цінний інструмент як для досягнення, так і для вивчення цих процесів.

    Існує також багато практичних мотивів вивчення того, як іони та комплекси металів взаємодіють з нуклеїновими кислотами. Токсичність важких металів у нашому середовищі частково виникає внаслідок ковалентних взаємодій іонів важких металів з нуклеїновими кислотами. Крім того, ці важкі метали втручаються в металорегуляторні білки і при цьому порушують експресію генів. Нам потрібно зрозуміти функціонування природних металорегуляторів експресії генів, і нам потрібно розробити нові металоспецифічні ліганди, які, як і самі білки, захоплюють важкі метали до їх пошкодження. Взаємодії важких металів з нуклеїновими кислотами дійсно послужили основою для успішного застосування цисплатину та його похідних як протипухлинних хіміотерапевтичних засобів (див. Розділ 9). Дизайн нових фармацевтичних препаратів, таких як цисплатин, вимагає детального розуміння того, як платина та інші іони металів взаємодіють з нуклеїновими кислотами та обробкою нуклеїнових кислот. Крім того, ми виявляємо, що металеві комплекси можуть бути однозначно корисними при розробці спектроскопічних та реактивних зондів нуклеїнових кислот, а отже, можуть стати цінними при розробці нових діагностичних засобів. Нарешті, сама природа використовує переваги металу/нуклеїнової кислоти, від біосинтезу природних продуктів, таких як блеоміцин, який хелатує окисно-активні іони металів для націлювання та пошкодження чужорідної ДНК, до розробки основних структурних мотивів для еукаріотичних регуляторних білків, білків цинкового пальця, які зв'язуються з ДНК і регулюють транскрипцію. У всіх цих починаннях нам потрібно спочатку розробити розуміння того, як іони та комплекси перехідних металів взаємодіють з нуклеїновими кислотами і як найкраще використовувати цю хімію.

    У цьому розділі ми спочатку узагальнюємо «основи», необхідні для розгляду взаємодій іонів металів і комплексів з нуклеїновими кислотами. Які структури нуклеїнових кислот? Який основний репертуар режимів асоціації та хімічних реакцій, що відбуваються між координаційними комплексами та полінуклеотидами? Потім ми детально розглянемо взаємодію простого сімейства координаційних комплексів, трис (фенантролінних) металевих комплексів, з ДНК та РНК, щоб проілюструвати методи, питання та застосування хімії метал/нуклеїнових кислот, які зараз досліджуються. У цьому розділі акцент на трис (фенантролінових) комплексах служить плацдармом для порівняння і контрасту досліджень інших, більш хитромудро розроблених комплексів перехідних металів (в наступному розділі) з нуклеїновими кислотами. Останнім ми розглянемо, як Природа використовує іони металів і комплекси при проведенні нуклеїновокислотної хімії. Тут принципи, методи та фундаментальна координаційна хімія металів з нуклеїновими кислотами забезпечують основу для нашого сучасного розуміння того, як можуть функціонувати ці захоплюючі та складні біонеорганічні системи.

    III. Тематичне дослідження: Трис (фенантролін) Металеві комплекси

    1. Зв'язування взаємодії з ДНК

    2. Методи моніторингу прив'язки

    Природознавство взаємодій метал/нуклеїнова кислота

    1. Структурна роль

    2. Регуляторна роль

    3. Фармацевтична роль

    4. Каталітична роль

    VI. Посилання

    1. W. Saenger, Принципи структури нуклеїнових кислот, Springer-Verlag, 1984; J. K. Barton, Chem. англ. Новини 66 (26 вересня 1988 р.), 30.
    2. Макколл, Т. Браун та О.Кеннард, Дж. Мол. Біол. 183 (1985), 385.
    3. Р. крило та ін. , Природа 287 (1980), 755.
    4. А. H.-J. Ван та ін. , Природа 282 (1979), 680.
    5. С.Х. Кім та ін. , Проц. Наталь. Акад. Наук. США 71 (1974), 4970.
    6. Трифонов Є.Н. і Ю.Л. Суссман, прок. Наталь. Акад. Наукові США 77 (1980), 3816; J.C. Marini та ін. , Проц. Наталь. Акад. Наук. США 79 (1982), 7664; Х.-С. Ку, Г.-М. Ву, і Д.М. Кротерс, Природа 320 (1986), 501.
    7. М. Геллерт та ін. , Колд-Спрінг-Харбор Симпс. Квант. Біол. 43 (1979), 35; D.M. Дж. Ліллі, Proc. Наталь. Акад. Наук. США 77 (1980), 6468.
    8. J.S. Лі та ін. , Нуклеїнові кислоти Рез. 12 (1984), 6603; Лямічев В.І., Біомол Ю. Структура. Дин. 3 (1986), 667; Гтун і Дж. Е. Дальберг, Наука 241 (1988), 1791.
    9. Корнберг Р.Д., Анну. Преподобний Біохім. 46 (1977), 931; А. Клюг та співавт. , Природа 287 (1980), 509.
    10. Чех Т.Р., Наука 236 (1987), 1532.
    11. (а) Дж.К. Бартон і С.Дж. Ліппард, іони металів у біолі. 1 (1980), 31; (б) А.М. Пайл і Дж.К. Бартон, Прог. Інорг. Хім. 38 (1990), 413; (c) С. Чоу і Дж.К. Бартон, Мет. Ензим. 212 (1992), 219.
    12. Шерман С.Е. та ін. Наука 230 (1985), 412.
    13. Д.Ходжсон, прог. Інорг. Хім. 23 (1977), 211.
    14. Г.Л. Ейххорн і Ю.А. Шин, Дж. Хім. Соц. 90 (1968), 7323.
    15. Марзіллі Л.Г., прог. Інорг. Хім. 23 (1977), 255.
    16. Чанг, М. Пиво, і Л.Г. Марзіллі, Біохімія 16 (1977), 33; Глікін Глікін і співавт. , Нуклеїнові кислоти Res. 12 (1984), 1725.
    17. М. Б. Флейшер, Х.Ю. Мей, і Дж.К. Бартон, Нуклеїнові кислоти і мол. Біол. 2 (1988), 65.
    18. Ліппард С.Дж., Док. Хім. Рез. 11 (1978), 211.
    19. Гесснер Р.В. та ін. Біохімія 24 (1985), 237.
    20. (а) К. В. Дженнет та ін. , Проц. Наталь. Акад. Наук. США 71 (1974), 3839; (б) А.Х. Ван та ін., Природа 276 (1978), 471.
    21. Сігель, в Т.Д. Тулліус, ред., Хімія метал-ДНК, симпозіум ACS 402 (1989), 159.
    22. Герцберг і П.Б. Дерван, Дж. Хім. Соц. 104 (1982), 313; Р.П. Герцберг і П.Б. Дерван, Біохімія 23 (1984), 3934.
    23. Летам і Т.Р. Чех, Наука 245 (1989), 276.
    24. Дерван П.Б., Наука 232 (1986), 464.
    25. Гехт С.М., ред., Блеоміцин, Спрінгер-Верлаг, 1979.
    26. Сігман Д.С., доц. Хім. Рез. 19 (1986), 180; С. Гольдштейн і Г. Чапський, Дж. Хім. Соц. 108 (1986), 2244.
    27. Інші приклади метало-опосередкованого окислювально-відновного розщеплення ДНК див. Також: N. Grover і H. H. Thorp, J.Am. Хім. Соц. 113 (1991), 7030; Хена, С.Е. Рокита, і К. Джей Берроуз, Дж. Хім. Соц. 113 (1991), 5884.
    28. Х.Ю. Мей і Дж.К. Бартон, Дж. Хім. Соц. 108 (1986), 7414.
    29. Х.Ю. Мей і Дж.К. Бартон, Proc. Наталь. Акад. Наук. США 85 (1988), 1339.
    30. Пайл, Е.К. Лонг, і Дж. К. Бартон, Дж. Хім. Соц. 111 (1989), 4520.
    31. Сітлані та ін. , Дж. Хім. Соц. 114 (1992), 2303.
    32. М.Д. Пуругганан та ін. Наука 241 (1988), 1645.
    33. Л. Базиль і Дж.К. Бартон, Іони металів Біол. Сист. , 25 (1989), 31; Дж.К. Бартон, в Межі хімії: Біотехнологія, Хім. Абстр. Серв., 5 (1989).
    34. Д. Р. Джонс, Л.Ф. Ліндой, і А.М. Саргессон, Дж. Хім. Соц. 106 (1984), 7807.
    35. С. Геллман, Р.Петтер, і Р. Бреслоу, Дж. Хім. Соц. 108 (1986), 2388; Дж. Чін і Х. Чжоу, Дж. Хім. Соц. 110 (1988), 223; Дж. Морроу і В.К. Троглер, Inorg. Хім. 27 (1988), 3387.
    36. Л. Базиль, А.Л. Рафаель, і Дж. К. Бартон, Дж. Хім. Соц. 109 (1987), 7550.
    37. Г.Л. Ейххорн і Ю.А. Шин, Дж. Хім. Соц. 90 (1968), 7322.
    38. Браун Р.С., Дж. Деван, і А. Клюг, Біохімія 24 (1985), 4785.
    39. Л.Белен та співавт. , Біохімія 29 (1990), 2515.
    40. Дж.К. Бартон, Наука 233 (1986), 727.
    41. Джей К. Бартон та ін. , Дж. Хім. Соц. 108 (1986), 2018.
    42. А.М. Пайл та ін. , Дж. Хім. Соц. 111 (1989), 3051.
    43. Кумар, Дж.К. Бартон, і Н.Дж. Турро, Дж. Хім. Соц. 107 (1985), 5518.
    44. Ліппард та співавт., Наука 194 (1976), 726.
    45. Дж. Бартон, Дж. Данненберг, і А.Л. Рафаель, Дж. Хім. Соц. 104 (1982), 4967.
    46. Дж.К. Бартон, А.Т. Данішефський, і Дж.М. Голдберг, Дж. Хім. Соц. 106 (1984), 2172.
    47. Р.Ф. Пастернак, Е.Дж. Гіббс, і Дж. Віллафранка, Біохімія 22 (1983), 2406; Р.Ф. Пастернак і Е. Джей Гіббс в Т. Д. Тулліус, ред., Хімія метал-ДНК, ACS симпозіум 402 (1989), 59.
    48. Дж.К. Бартон і Е. Лоліс, Дж. Хім. Соц. 107 (1985), 708.
    49. R.E. Mahnken та ін. , Фотохем. Фотобіол. 49 (1989), 519.
    50. Реманн Дж. П. і Дж.К. Бартон, Біохімія 29 (1990), 1701.
    51. J. C. Карадонна та ін. , Дж. Хім. Соц. 104 (1982), 5793.
    52. Реманн Дж. П. і Дж.К. Бартон, Біохімія 29 (1990), 1710.
    53. А. Джек та ін., Дж. Мол. Біол. 111 (1977), 315.
    54. Картер і А.Дж. Бард, Джей Ам. Хім. Соц. 109 (1987), 7528.
    55. Дж.К. Бартон і А.Л. Рафаель, Дж. Хім. Соц. 106 (1984), 2466.
    56. М.Б. Флейшер та ін. , Інорг. Хім. 25 (1986), 3549.
    57. М.В. ван Дайк, Р.П. Герцберг, і П.Б. Дерван, Proc. Наталь. Акад. Наук. США 79 (1982), 5470; М. В. ван Дайк і П.Б. Дерван, Нуклеїнові кислоти Res. 11 (1983), 5555.
    58. Джей К. Бартон та ін. , Проц. Наталь. Акад. Наук. США 81 (1984), 1961; А.Е. Фрідман та ін. , Нуклеїнові кислоти. Рез. 19 (1991), 2595.
    59. А.Е. Фрідман та ін., Дж. Хім. Соц. 112 (1990), 4960; Р. Хартшорн і Дж.К. Бартон, Дж. Хім. Соц. 114 (1992), 5919.
    60. Скелі Дехора та С.Клакамп, Біополімери 30 (1990), 33.
    61. Р.Таміларасан, С.Роперц, і Д.Р. Макміллін, Inorg. Хім. 27 (1988), 4082.
    62. Дж. Галас і А. Шмітц, Нуклеїнові кислоти Res. 5 (1978), 3157.
    63. Т. д. Тулліус та ін. , Методи в ензимі. 155 (1987), 537.
    64. Р. закон та ін. , Проц. Наталь. Акад. Наук. США 84 (1987), 9160; К.Л. Петерсон і К.Л. Калане, Мол. Клітинний біол. 7 (1987), 4194.
    65. Дж. Домбровяк, Б. Уорд, і Дж. Гудісман, Біохімія 28 (1989), 3314.
    66. П.Е. Нільсен, К. Джеппесен, і О.Бухардт, FEBS Летт. 235 (1988), 122; К. Джеппесен і П.Е. Нільсен, Нуклеїнові кислоти Res. 17 (1989), 4947.
    67. К.Учіда та ін. , Нуклеїнові кислоти Рез. 17 (1989), 10259.
    68. А.М. Буркхофф і Т.Д. Тулліус, комірка 48 (1987), 935; А.М. Буркхофф і Т.Д. Тулліус, Природа 331 (1988), 455.
    69. Джонстон і А. Річ, осередок 42 (1985), 713; Е. Палачек, Е. Расовка, і П. Бублікова, Біохім. Біофіси. Рез. Ком. 150 (1988), 731.
    70. Бартон і А.Л. Рафаель, Proc. Наталь. Акад. Наук. США 82 (1985), 6460.
    71. Мюллер, А.Л. Рафаель, і Дж.К. Бартон, Proc. Наталь. Акад. Наук. США 84 (1987), 1764; І. Лі і Дж. К. Бартон, Біохімія 32 (1993), 6121.
    72. Кіршенбаум, Р.Триболет, і Дж.К. Бартон, Нуклеїнові кислоти Res. 16 (1988), 7948.
    73. О.М. Пайл, Т. Морій, і Дж.К. Бартон, Дж. Хім. Соц. 112 (1990), 9432.
    74. Дж. М. Кін, С.А. Уайт, і Дрейпер Дрейпер, Біохімія 24 (1985), 5062.
    75. Г.Дж. Муракава та ін. , Нуклеїнові кислоти Рез. 17 (1989), 5361
    76. С. Чоу і Дж.К. Бартон, Дж. Хім. Соц. 112 (1990), 2839; Чоу та ін., Біохімія 31 (1992), 972.
    77. Г.Е. Мозер і П.Б. Дерван, Наука 238 (1987), 645.
    78. Чень і Д.С. Сігман, Наука 237 (1987), 1197.
    79. J.P. Слука та співавт. Наука 238 (1987), 1129.
    80. Д. П. Мак, Б.Л. Айверсон, і П.Б. Дерван, Дж. Хім. Соц. 110 (1988), 7572.
    81. Дж.С. Герас та ін. , Дж. біол. Хім. 258 (1983), 14120.
    82. Дж. Міллер, А.Д. Маклахлан, і А. Клюг, EMBO 4 (1985), 1609.
    83. Берг Я.М., Наука 232 (1986), 485.
    84. А. Клюг і Д. Родос, Тенденції Biochem. Наук. 12 (1987), 464; Р.М. Еванс і С.М. Холленберг, комірка 52 (1988), 1.
    85. Берг Я.М., проц. Наталь. Акад. Наук. США 85 (1988), 99.
    86. М.С. Лі та співавт., Наука 245 (1989), 635; Г. Паррага та ін. , Наука 241 (1988), 1489.
    87. Павлетич і К.О. Пабо, Наука 252 (1991), 809.
    88. (а) Т. Пан і Дж. Коулман, Proc. Наталь. Акад. Наук. США 86 (1989), 3145; (б) Р.Марморштейн та ін. , Природа 356 (1992), 408.
    89. Б.Ф. Луїзі та ін. , Природа 352 (1991), 497.
    90. (а) Т.В. О'Халлоран, Іони металів Біол. Сист. 25 (1989), 105; (б) К.Т. Уолш та ін. , Фазеб 2 (1988), 124; Т. О'Халлоран і К.Т. Уолш, Наука 235 (1987), 211.
    91. Дж. Хайманн, Б.Т. Баллард, і К.Т. Уолш, Наука 248 (1990), 946.
    92. Дж. Пеннер-Хан та ін. , Фізика Б. 158 (1989), 117.
    93. Дж. Гріффін і П.Б. Дерван, Дж. Хім. Соц. 109 (1987), 6840.
    94. А. Багг і Дж.Б. Ніланди, Мікробіол. Реп. 51 (1987), 509.
    95. Фурст та співавт., комірка 55 (1988), 705; Бухман та ін. , Мол. Клітинний біол. 9 (1989).
    96. Стаббе і Я.В. Козарич, хім. Реп. 87 (1987), 1107.
    97. Е. Саусвілл, Й.Пейзах, і С.Б. Хорвіц, Biochem. Біофіси. Рез. Ком. 73 (1976), 814.
    98. Ю.Іітака та ін. , Антібіот Дж. 31 (1978), 1070.
    99. Хехт С.М., доц. Хім. Рез. 19 (1986), 383.
    100. У, Ф.Ю. Ву, і Д.К. Спекхард, Біохімія 16 (1977), 5449.
    101. Д. П. Гедрок і J. E. Коулман, Біохімія 25 (1986), 4946.
    102. J.E. Coleman і D.P. Giedroc, Іони металів Біол. Сист. 25 (1989), 171.
    103. Мілдван і Е.Х. Серперсу, Іони металів Біол. Сист. 25 (1989), 309.
    104. Смокать і К. Оефнер, Природа 321 (1986), 620.
    105. J.E. Coleman, Іони металів у біолі. 5 (1983), 219.
    106. Асахара та ін. , Біохімія 28 (1989), 4444.
    107. Я вдячний моїм студентам та колегам за їх науковий внесок у деякі роботи, описані в цьому розділі, та за критичний огляд рукопису. Я також дякую, зокрема, доктору Шейлі Девіду за підготовку цифр.

    Дописувачі та атрибуція

    • Жаклін Бартон (Каліфорнійський технологічний інститут, відділ хімії та хімічної інженерії)
    1. Back to top
    • Was this article helpful?

    Recommended articles

    1. Article type
      Chapter
      Show Page TOC
      No on Page
    2. Tags
      1. source[translate]-chem-59627