Пространственное упорядочение двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот в результате "энтальпийной конденсации" и наноконструкции на основе этих молекул. Области применения наноконструкции на основе двухцепочечных молекул ДНК. Нуклеиновые кислоты.
Аннотация к работе
Фундаментальные исследования явлений, происходящих в структурах, имеющих размеры от 1 до 100 нм, лежат в основе новой области науки и техники, называемой нанотехнологией. Нанотехнология возникла из современных достижений и открытий в области визуализации, анализа и манипуляций со структурами, имеющими нанометровые размеры, контролируемого синтеза новых материалов и создания наноразмерных устройств. Нанотехнологию можно определить как науку о создании и использовании «структурированных» материалов, устройств и систем с такими функциями, которые связаны с геометрическими размерами или специфическими особенностями наноструктур. Принципиальную схему «составных частей» классической нанотехнологии, сложившихся к концу 20 века, иллюстрирует рис.1. Комментируя приведенную на рис.1 схему, можно сказать, что «инженерная» (техническая) нанотехнология ориентирована на решение таких задач, как: а) создание твердых тел и поверхностей с управляемой молекулярной структурой (создание наноматериалов);Материалы ряда семинаров и симпозиумов, проведенных в разных странах, в последнее время (см., например, материалы Международной конференции NANOTECH 2005. В процессе эволюции биологические молекулы приобрели целый ряд таких свойств, которые делают их крайне привлекательными для применения в нанобиотехнологии. Среди них можно отметить следующие: во-первых, нужно отметить химическое многообразие «строительных блоков», таких как аминокислоты, липиды и нуклеотиды (нуклеозиды), несравнимое по своей численности со «строительными блоками» на неорганической основе; во-вторых, сами «строительные блоки» склонны к спонтанному, но регулируемому на молекулярном уровне образованию сложных пространственных структур; в-третьих, существует множество путей, по которым происходит сборка (полимеризация) «строительных блоков», что открывает возможность создания огромного ряда наноструктур. Иерархия самособирающихся биологических структур начинается с мономеров (т.е. нуклеотидов и нуклеозидов, аминокислот, липидов и др.), которые образуют биополимеры (такие, как ДНК, РНК, белки, полисахариды), затем их ансамбли (мембраны, органеллы) и, наконец, клетки, органы и даже организмы.Возможность применения нуклеиновых кислот для создания наноконструкции с регулируемыми параметрами основана на учете ряда свойств, характерных только для этих молекул: а) одно - и двухцепочечные молекулы нуклеиновых кислот с заранее заданными последовательностями азотистых оснований могут быть получены в промышленных масштабах средствами современной биотехнологии; б) высокая локальная жесткость коротких (длиной 500 - 1000?) молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот при нормальных свойствах растворителя позволяет использовать такие молекулы в качестве «строительных блоков» без нарушения их свойств; е) азотистые основания в пространственных структурах нуклеиновых кислот сохраняют способность не только к взаимодействию с разными химическими соединениями и биологически активными веществами, но и к их специфической ориентации относительно длинной оси молекулы нуклеиновой кислоты, что придает всей конструкции дополнительную химическую реакционную способность. Наноконструирование на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот, т.е. направленное создание сложных пространственных структур (наноконструкции, наноматериалов) с регулируемыми свойствами, «строительными блоками» которых являются молекулы двухцепочечных нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), вызывает в последнее время большой интерес исследователей [4-8].Во - вторых, как правило, молекулы нуклеиновых кислот, в силу присущей им геометрической и оптической анизотропии, стремятся упаковаться в частицах жидкокристаллических дисплеев, таким образом, при котором возникает спирально закрученная пространственная структура соседних слоев молекул нуклеиновых кислот (так называемая «холестерическая» структура). Наконец, если процесс формирования наномостиков удастся реализовать таким способом, при котором пространственная структура частиц жидкокристаллических дисплеев остается неизменной, то аномальная оптическая активность позволит контролировать изменение не только вторичной структуры исходных молекул нуклеиновых кислот, но и появление в структуре наноконструкции молекул, образующих наномостики. Хотя существует две разные модели фиксации комплексов |ДАУ - Cu2 | вблизи поверхности молекул ДНК [14,15], экспериментальные данные позволяют сделать однозначный выбор в пользу модели комплекса, выполняющего функцию «наномостика» между молекулами ДНК [16]. Критическая концентрация в случае ионов меди показывает, что эти ионы индуцируют в молекуле нуклеиновой кислоты какие-то изменения, после чего ионы меди (или их комплексы с парами оснований и (или) ДАУ) становятся доступными для дальнейшего хелатообразования, необходимого для строительства наномостиков. Для реализации этого варианта пространственного упорядочения молекул ДНК используют природные или синтетические катионы, которые, образуя комплексы с нуклеиновыми кислотами в водно-солевых растворах, о
План
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИЯ
2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАНОКОНСТРУКЦИИ
3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В РЕЗУЛЬТАТЕ «ЭНТАЛЬПИЙНОЙ КОНДЕНСАЦИИ» И НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ЭТИХ МОЛЕКУЛ
4. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ С ПОЛИКАТИОНАМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ «ЭНТАЛЬПИЙНОЙ КОНДЕНСАЦИИ» И НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ЭТИХ ПОЛИКАТИОНОВ
5. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ ДНК