Function of Magnesium Ions in the Formation of Biologically-Active Nucleic Acids Structures

Abstract

ESPINOZA HERRERA S.J. - DOCTORAL THESIS - FUNCTION OF MAGNESIUM IONS IN THE FORMATION OF BIOLOGICALLY-ACTIVE NUCLEIC ACIDS STRUCTURES ____________________________________________________________________ ABSTRACT Interaction of magnesium ions, the divalent ions with the highest concentration inside living cells, with the key biomolecules of nucleic acids was studied with aim to find out structural details of the interaction mechanism and effect of the magnesium ions presence on the nucleic-acid structure and structural transitions. Raman spectroscopy was chosen as the main experimental method, some complementary measurements of UV absorption spectra were also performed. Basic analyses of the spectral series obtained as a function of temperature and/or for various concentrations of Mg2+ ions were done by means of factor analysis. Where possible the factor analysis outputs were used for fits of appropriate thermodynamic equations. For the studies, various nucleic-acid molecular models were employed, in particular complementary RNA homopolynucleotides polyA and polyU, DNA homopolynucleotides polydA and polydT and RNA 14-mer oligonucleotide representing the apical hairpin of the TAR segment of HIV-1 genomic RNA. We have confirmed via Raman spectroscopy that magnesium ions added to a solution of polyA-polyU...

ESPINOZA HERRERA S.J. -DOCTORAL THESIS - FUNCTION OF MAGNESIUM IONS IN THE FORMATION OF BIOLOGICALLY-ACTIVE NUCLEIC ACIDS STRUCTURES ____________________________________________________________________ ABSTRAKT Byla studována interakce hořečnatých iontů, jež jsou divalentními ionty s nejvyšší koncentrací v živých buňkách, s klíčovými biomolekulami nukleových kyselin, s cílem zjistit strukturní detaily mechanismu této interakce a účinek hořečnatých iontů na strukturu a strukturní přechody u nukleových kyselin. Jako hlavní metoda byla vybraná Ramanova spektroskopie; kromě toho byla provedena I některá doplňková měření UV absorpce. Základní analýzy sérií spekter získaných v závislosti na teplotě a případně při různých koncentracích hořečnatých iontů byly prováděny pomocí faktorové analýzy. Kde to bylo možné, sloužily výstupy faktorové analýzy při fitování odpovídajících termodynamických vztahů. Ke studiu byly použité různé molekulární modely nukleových kyselin, konkrétně systém komplementárních RNA homopolynukleotidů polyA a polyU, DNA homopolynucleotidů polydA a polydT, a RNA 14-merní oligonukleotid představující vrcholovou vlásenku segmentu TAR genomické RNA viru HIV-1. Potvrdili jsme pomocí Ramanovy spektroskopie, že ionty hořčíku přidané do roztoku polyA-polyU duplexů způsobí jejich částečnou disociaci a...