Použiti CD spektroskopie při studiu
strukturních vlastností DNA
Cirkulární dichroismus a optická aktivita biopolymerů
) optická aktivita ­ chirální látky (aminokyseliny, cukry) úhel stočení roviny
polarizovaného světla, ORD
Cirkulární dichroismus a optická aktivita biopolymerů
) optická aktivita ­ chirální látky (aminokyseliny, cukry) úhel stočení roviny
polarizovaného světla, ORD
) CD ­ princip, veličiny, elipticita, A, , vztah mezi ORD a CD
Cirkulární dichroismus   = L ­  R = A/lc
Elipticita  [] tg  = b/a = L ­  R/ L +  R
Podmínky vzniku CD
ABSORBCE
CHIRALITA
+
BÁZE
* CUKR
CD
Podmínky vzniku CD
ABSORBCE
CHIRALITA
+
BÁZE
* CUKR
CD
BÁZE
* CUKR
BÁZE
*CUKR
BÁZE
*CUKR
BÁZE
*CUKR
BÁZE
*CUKR
BÁZE
*CUKR
BÁZE
*CUKR
BÁZE
*CUKR
BÁZE
* CUKR
- helix - sheet - turn
Cirkulární dichroismus a optická aktivita biopolymerů
) optická aktivita ­ chirální látky (aminokyseliny, cukry) úhel stočení roviny
polarizovaného světla, ORD
) CD ­ princip, veličiny, elipticita, A, , vztah mezi ORD a CD
) Výhody a nevýhody CD spektroskopie ve srovnání s jinými metodami
studia biopolymarů
Výhody
Citlivost - nízká koncentrace studované látky
snadná rozpustnost
i v extrémních podmínkách
Snadná manipulace - titrace
přechody mezi různými strukturami
celý konformační prostor
Nevýhody
Chybí explicitní vztah mezi spektrem CD a strukturou
Rozlišení mezi kooperativními a nekooperativními změnami
Kooperativní změny mezi diskrétními strukturami
Příklady nekooperativních a kooperativních změn
Nekooperativní změny
v rámci téže struktury
A-DNA
B-DNA
C-DNA
D-DNA
E-DNA
T-DNA
Tunis-Schneider, M.J.B. + Maestre, M.F.
Jednotlivá uspořádání DNA poskytují charakteristická CD spektraB-A přechod DNA
A
B
A -forma RNA
B-forma
A-forma
A

220 300
R
L
Z
B
B
Z
Z
Z
A
ALTERNATING A-T FRAGMENT WITH HOOGSTEEN BASE PAIRING
Subirana, J. Proc.Nat.Acad.Sci.USA , 99, pp. 2806, 2002.
Biochemistry , 43, pp. 4092 - 4100, 2004.
G C G C G C
C G C G C G
... ...
A T A T A T
T A T A T A
... ...
A C A C A C
T G T G T G
... ...
Mononukleotidová opakování
(Pu)n . (Py)n
Dinukleotidová opakování
(Pu-Py)n
B A Z
B A X Z
B A Z X
G G G G G G
C C C C C C
... ...
A A A A A A
T T T T T T
... ...
A G A G A G
T C T C T C
... ...
Pyrimidine. Purine. Pyrimidine DNA Triplex
C C T A T T C
G A A T AG G
C T T G T C C
Radhakrishnan, I., Patel, D.J.
Pyrimidine.Purine.Pyrimidine DNA Triplex Structure , 2, pp. 17, 1994.
Radhakrishnan, I., Patel, D.J. Structure , 1, pp. 135, 1993.
Purine.Purine.Pyrimidine DNA Triplex
T A G G A G G A T T T T T T G G T G G T T C C T C C T T
[M-1cm-1]
[M-1cm-1]
GAGAGAGAGAG
AGAGAGAGAGA
CTCTCTCTCTC
GAGAGAGAGA
-helix like DNA
A ZIPPER-LIKE DNA DUPLEX
d(GCGAAAGCT)
Shepard, W. et al.,
Structure 6, pp. 849 - 861, 1998.
i - tetraplex
Gueron, Leroy
D(D(D(C C C A A TC C C A A TC C C A A T)))
Intercalated tetraplex of human telomeric DNA
Berger, I., Kang, C., Fredian, A., Ratliff, R., Moyzis, R., Rich, A.
Nat.Struct.Biol., 2, pp. 416 - 425, 1995
TCCCCACCTTCCCCACCCTCCCCACCCTCCCCA
Fragmenty promotoru c-myc
Q
DNA
G - tetraplex
d(d(d(T G G G G TT G G G G TT G G G G T)))
PARALLELPARALLEL--STRANDED GUANINE TETRAPLEXSTRANDED GUANINE TETRAPLEX
Phillips, K., Dauter, Z., Murchie, A.I.H., Lilley, D.M.J., Luisi, B.
J.Mol.Biol., 273, pp. 171 - 182, 1997.
OXYTRICHA TELOMERIC DNA
G4T4G4G4T4G4G4T4G4
Haider, S.M., Parkinson, G., Neidle,S.
J.Mol.Biol., 320, pp. 189 - 200, 2002
HUMAN TELOMERIC REPEAT
5'5'5'---ddd(A(A(AGGGTTATTATTAGGGTTATTATTAGGGTTATTATTAGGG)))---3'3'3'
Wang, Y., Patel, D.J.
Structure, 1, pp. 263, 1993
G8
G4T2G4
G4T3G4
G4T4G4
200 220 240 260 280 300 320
[M-1
cm-1
]
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
WAVELENGTH [nm]
Fragment Pu-27 promotoru c-myc:
TGGGGAGGGTGGGGAGGGTGGGGAAGG
Pan, A.T. et al.:
J.Am.Chem.Soc.126(2004)8710
Parkinson, G.N., Lee, M.P.H, Neidle, S.
Nature 417 (2002) 876-880.
d(TAGGGTTAGGGT) 12
d[AGGG(TTAGGG)3] 22
d(TAGGGTTAGGGT)d(GGGTTAGGG)
18b
198b
90b
42b
G3(TTAG3)2
G3(TTAG3)3
G3(TTAG3)4
G3(TTAG3)5
G3(TTAG3)7
G3(TTAG3)6
G3TTAG3
G3(TTAG3)3.(C3TAA)3C3
3316
G3(TTAG3)7.(C3TAA)7C3
G3(TTAG3)16.(C3TAA)16C3
G3TTAG3.C3TAAC3
The topology of
quadruplex arrangements
of the human telomere
DNA sequence depends
on the number of
(TTAG3) repeats.
Quadruplexes of the human
telomere sequence
Long telomere
molecules have a
beads on a stringlike
arrangement
CHIROPTICKÉ METODY
Optická rotační disperze-ORD
Závislost úhlu stočení roviny polarizace lineárně polarizovaného světla průchodem
opticky aktivní látkou na vlnové délce procházejícího záření. (180-800 nm)
Cirkulární dichroismus-CD
Závislost rozdílu absorpce pro vlevo a vpravo kruhově polarizované světlo na vlnové
délce absorbovaného záření v oblasti energií elektronových přechodů. (180-1000
nm)
Infračervený cirkulární dichroismus-IRCD (VCD)
Závislost rozdílu absorpce pro vlevo a vpravo kruhově polarizované světlo na vlnové
délce absorbovaného záření v oblasti energií vibračních přechodů. (1-5 um)
Fluorescenčně detegovaný cirkulární dichroismus-FDCD
Závislost rozdílu intenzity fluorescence, excitované vlevo a vpravo kruhově
polarizovaným světlem na vlnové délce excitačního záření. (~ 200 nm až vlnová
délka emise)
Cirkulárně polarizovaná luminiscence (emise)-CPL (CPE)
Spektrální průběh rozdílu intenzit (spontánní) emise vlevo a vpravo cirkulárně
polarizovaného světla. (Interval vlnových délek emise chromoforu)
Cirkulární diferenciální Ramanův rozptyl-Raman CID
Spektrální průběh rozdílů intenzit Ramanova rozptylu vlevo a vpravo kruhově
polarizovaného dopadajícího záření. (Interval vlnových délek Ramanova jevu)
LD = A - A