РЕАКТИВНІСТЬ ОДНОСТІНИХ ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОТРУБОК ПРИ ВЗАЄМОДІЇ З БІОЛОГІЧНИМИ МАКРОМОЛЕКУЛАМИ – ДНК І БІЛКАМИ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2006.1.117446Ключові слова:
ДНК, БСА (бичачий сироватковий альбумін), одностінні вуглецеві нанотрубки, SEIRA (Surface Enhanced Infrared Absorption - підсилення інфрачервоного поглинання металевою поверхнею)Анотація
В роботі прeдставлено короткий огляд даних літератури щодо експериментальних і розрахункових відомостей по нековалентній взаємодії ДНК і білків з нефункціоналізованими вуглецевими нанотрубками. Наведено результати, що отримано методом комбінаційного розсіяння і електронної мікроскопії відносно характеристики вуглецевих нанотрубок, а також данні SEIRA (Surface Enhanced Infrared Absorption-підсилення інфрачервоного поглинання металевою поверхнею) спектроскопії по визначенню конформаційного стану ДНК і білка на прикладі бичачого сироваткового альбуміну (БСА) при взаємодії з одностінними вуглецевими нанотрубками. Ці експерименти дозволили зробити висновок про характер нековалентних взаємодій в системі трубка–біомолекула. Аналіз даних показав, що при взаємодії ДНК з нанотрубками відбувається їх зв’язування на поверхні нанотрубки з утворенням достатньо стабільних комплексів за участю Ван-дер-Ваальсових сил, в яких π-стекінгу відводиться головна роль і які перебудовують водневі зв’язки в структурі біологічної молекули..Це означає, що змінюється сила зв’язку та відбувається розрив одних зв’язків з утворенням інших. Вважається, що внаслідок гідрофобної взаємодії і π-стекінга адсорбція альбуміну на поверхні нанотрубки відбувається на звичайні місця (сайти) зв’язування цього білка . А саме, це – тиродин (Tyr) та фенілаланін (Phe), аргінін (Arg) та подібні йому по структурі амінокислоти.
Посилання
Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки // Успехи физ. наук. - 1997.- Т.167, № 9. - с. 945-971.
Pantarotto D., Singh R., McCarthy D., Erhardt M., Briand J., Prato M., Kostarelos K., Bianco A. Functionalized carbon nanotubes for plasmid DNA gene delivery // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. – 2004. -v.43, №39. - p. 5242-5246.
Bianco A. Carbon nanotubes for the delivery of therapeutic molecules // Expert Opin. Drug Deliv. – 2004. -v.1, №1. - p. 57-65.
Hartgerink J., Benias E. Stupp S. Self-Assembly and Mineralization of Peptide-Amphiphile Nanofibers // Science. – 2001. - v. 294.- p. 1684.
Maehashi K., Matsumoto K., Kerman K., Takamura Yu., Tamiya E. Ultrasensitive Detection of DNA Hybridization Using Carbon Nanotube Field-Effect Transistors// Jpn. J. Appl. Phys. – 2004. - v.43, № 12 A. -p. L1558-L1560.
Williams K., Veenhuizen T., B. de la Torre, Eritja R., Dekker C. Carbon nanotubes with DNA recognition// Nature. – 2002. - v.420. - p. 761.
Besteman K., Lee J., Wiertz F., Heering H., Dekker C. Enzyme-Coated Carbon Nanotubes as Single-Molecule Biosensors // Nano Lett. – 2003. - v.3, № 6, - p. 727-730.
Chen R., Zhang Y., Wang D., Dai H. Non-covalent Sidewall Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes for Protein Immobilization // J. Am. Chem. Soc. – 2001. - v.123, №16. - p. 3838-3839.
Wong S., Joselevich E., Woolley A., Cheung C., Lieber C. Covalently functionalized nanotubes as nanometer probes for chemistry and biology// Nature. - 1998. - v. 394. - p. 52-55.
Bekyarova E., Yingchun Ni Y., Malarkey E., Montana V., McWilliams J., Haddon R., Parpura V. Applications of Carbon Nanotubes in Biotechnology // J. of Biomed. Nanotech. - 2005. - v. 1, №1. - p. 3-17.
O’Connel M., Boul P., Ericson L., Huffman C., Wang Y., Haroz E., Kuper C., Tour J., Ausman K., Smalley R. Reversible water-solubilization of single-walled carbon nanotubes by polymer wrapping//Chem. Phys. Lett – 2001. - v.342, №3. - p. 265-271.
Zheng M., Jagota A., Semke E., Diner B., Mclean R., Lustig S., Richardson R., Tassi N. DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes // Nat. Mater. – 2003.- v.2. - p. 338-342.
Zheng M., Jagota A., Strano M., Barone P., Chou S., Diner B., Dresselhaus M., McLean R., Onoa G., Samsonidze G., Semke E., Usrey M., Walls D. Structure-based carbon nanotube sorting by sequence-dependent DNA assembly // Science. – 2003. - v. 302. - p. 1545-1548.
Cui D., Ozkan C., Ravindran S., Kong Y., Gao H. Encapsulation of Pt-labelled DNA molecules inside carbon nanotubes // Mechanics and Chemistry of Biosystems. – 2004. - v.1, №.2. - p.113-121.
Gao H., Kong Y., Cui D., Ozkan C. Spontaneous Insertion of DNA Oligonucleotides into Carbon Nanotubes // Nano Lett. – 2003. - v. 3. - p. 471-473.
Финкельштейн А.Ф., Птицын О.Б. Физика белка. – М.: 2005. -. 455 с.
Dovbeshko G., Chegel V., Gridina N., Repnytska O., Shirshov Y., Tryndiak V., Todor I., Solyanik G. Surface enhanced infrared absorption of nucleic acids from tumour cells: an FTIR reflectance study // Biospectroscopy. – 2003. - v.67, №6. - p. 470-486.
Nikolaev P., Bronikovski M., Bradley R., Rohmund F., Colbert D., Smith K., Smalley R. Gas-phase catalytic growth of single-walled carbon nanotubes from carbon monoxide // Chem. Phys. Lett. – 1999. - v.313. -p. 91-97.
Obraztsova E., Bonard J., Kuznetsov V., Zaikovskii V., Pimenov S., Pozarov A., Terekhov S., Konov V., Obraztsov A., Volkov A. Structural measurements for single-wall carbon nanotubes by Raman scattering technique // Nanostruct. Mater. – 1999. - v.12. - p. 567.
Dresselhaus M., Dresselhaus G., and Saito R. Physical Properties of Carbon Nanotubes. – London: Imperial College Press, 1998. - 251 p.
Ferrari A., Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Physical review B. - 2000. - v. 61, № 20. - p. 14095-14107.
Dovbeshko G.I., Gnatyuk O.P., Nazarova A.A., Sementsov Yu.I, Obraztsova E.D. Vibrational spectra of carbonaceous materials: a SEIRA spectroscopy versus FTIR and Raman, // Fullerenes, nanotubes and carbon nanostructures. – 2005.- v.13, - p. 393-400.
Chen J., Hamon A., Hu H., Chen Y., Rao A., Eklund C., Hadon R. Solution Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes // Science. – 1998. - v.282. - p. 95-98.
Бокова С.Н., Конов В.И., Образцова Е.Д., Осадчий А.В., Пожаров А.С., Терехов С.В. Лазерно-индуцированные эффекты в спектрах комбинационного рассеяния света в одностенных углеродных нанотрубках // Квантовая электроника. – 2003. - т. 33, № 7. - c. 645-650.
Krupke R., Hennrich F., Lohneysen H., Kappes M. Separation of Metallic from Semiconducting Single – Walled Carbon Nanotubes // Science. – 2003. - v. 301. - p. 344.
Rao A., Chen J., Richter E., Eklund P., Haddon R., Venkateswaran U., Kwon Y., Tomanek D. Effect of Van der Waals Interaction on the Raman Modes in Single – Walled Carbon Nanotubes // Phys. Rev. Lett. – 2001. - v. 86. - p. 3895.
Rols S., et. al. Diameter distribution of single walled carbon nanotubes in nanobundles // Eur. Phys. J. B. – 2000. - v. 18. - p. 2001-2005.
Jorio A., Satio R., Hafner J., Lieber C., Hunter M., McClure T., Dresselhause G., Dresselhause M. Structural (n, m) Determination of Isolated Single – Walled Carbon Nanotubes by Resonant Raman Scattering // Phys. Rev. Lett. – 2001. - v. 86. - p. 1118.
Dovbeshko G., Repnytska O., Obraztsova E., Shtogun Y. DNA interaction with single-walled carbon nanotubes: a SEIRA study // Chem. Phys. Lett. – 2003. - v. 372. - p. 432-437.
Schrader B. Infrared and Raman Spectroscopy. - Weinheim-NewYork-Basel-Cambridge-Tokio: VCH, 1995. - 787 p.
Taillandier E., Liquier J., Taboury J. Advances in Infrared and Raman Spectroscopy. - Willey Heyden: ed. R.J.H. Clarc and R.E. Hester, 1985. - 65 p.
Tajmir-Riahi H., Neault J., Naoui M., Does DNA acid fixation produce left-handed Z structure? // FEBS Lett. – 1995. - v.370, №2. - p.105-108.
Dovbeshko G., Nazarova A., Shishkin O., Zubatyuk R., Bobrov O. SEIRA study of interaction of biological molecules with carbon nanotubes // VIII International Conference on Molecular Spectroscopy, Poland: Ladek Zdroj, -2005, - p.16.
Kapuscinski J., Darzynkiewicz Z. Interactions of acridine orange with double stranded nucleic acids. Spectral and affinity studies // J. Biomol. Struct. Dyn. – 1987. - v. 5, N1. - p. 127-143.
Sinnokrot M., Sherrill C. Unexpected Substituent Effects in Face-to-Face π-Stacking Interations // J. Phys. Chem. A. – 2003. - v. 107. - p. 8377.
Friedli G.-L. Interaction of SWP with bovine serum albumin (BSA): PhD Thesis. – EMMITSBURG. – USA. 1996. (http://www.friedli.com).
Dovbeshko G., Chegel V., Paschuk O., Shirshov Yu., Nazarova A., Kosenkov D., Fesenko O. Biological molecule conformations probed and enhanced by metal and carbon nanostructures: SEIRA, AFM and SPR data. - Fronties of Multifunctional Integrated Nanosystems. - Kluwer Academic Publishers: ed. E. Buzaneva, P. Scharff, 2004. - p.447-466.
Nevin N., Mueller Y.M., Bojczuk P., Rossi M., Katsikis P., Gogotsy Yu., Effect of carbon nanofibre structure on the binding of antibodies // Nanotech. – 2005. - v.16. - p. 567-571.
Houk K.N., Leach A. G., Kim S. P., Zhang X., Binding Affinities of Host-Guest, Protein-Ligand, and Protein-Transition-State Complexes // Angewandte Chemie, International Edition. -2003. - v. 42, №40. - p. 4872-4897.
Naguib N., Mueller Y., Bojczuk P., Rossi M., Katsikis P., Gogotsy Yu. Effect of Carbon Nanofibre Structure on the Binding of Antibodies // Nanotechnology. – 2005. - v. 16. - p. 567-571.
Wang S., Humphreys E., Chung S., Delduco D., Lustig S., Wang H. et al., Peptides with selective affinity for carbon nanotubes // Nature materials. – 2003.- v. 2.- p. 196-200.
Werder Thomas Ulrich. Multiscale Simulations of CNT in Aqueous Environments: Doctoral Thesis, ETH No. 15832. - Swiss Fed. Inst. of Tech. Zurich. – 2005.- 202 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2006 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право переходить Видавцю.
