Vibrační optická aktivita nukleotidů a kratších segmentů nukleových kyselin

Abstract

1 Nucleotides are organic molecules that have a wide range of functions in living organisms. They participate in cell signaling, serve as cofactors of enzymatic reactions, play a central role in cellular metabolism, and are the basic monomeric units of nucleic acid polymers. Nucleotides consist of three subunit molecules - nitrogen nucleobase, a five-carbon sugar (ribose or 2'-deoxyribose), and a phosphate group containing one to three phosphates. The subject of this master thesis is the study of various nucleotides and their self-assemblies in water by means of vibrational spectroscopy - Raman scattering and its chirally sensitive variant Raman optical activity (ROA). ROA has the potential to provide new information about the structural arrangement, dynamics, and interactions of nucleotides, as it supposes to be much more sensitive to vibrations of its sugar part containing three to four chiral carbons, compared to Raman scattering. We study spectral manifestations associated with chemical modifications (difference between ribo- and deoxyribonucleotides, the influence of different phosphate positions) and the change of physical conditions (various charge states according to the set pH, effect of concentration, influence of ions). A substantial amount of work is devoted to studying the self-association of...

1 Nukleotidy jsou organické molekuly, které mají široké spektrum funkcí v živých organismech. Účastní se buněčné signalizace, slouží jako kofaktory enzymatických reakcí, hrají ústřední roli v buněčném metabolismu a jsou základními monomerními jednotkami polymerů nukleových kyselin. Nukleotidy se skládají ze tří podjednotek - dusíkaté nukleobáze, pětiuhlíkatého cukru (ribosy či 2'-deoxyribosy) a fosfátové skupiny obsahující jeden až tři fosfáty. Předmětem této diplomové práce je studium různých nukleotidů a jejich samouspořádání ve vodním roztoku prostřednictvím metod vibrační spektroskopie - Ramanova rozptylu a jeho chirálně citlivé varianty, Ramanovy optické aktivity. Ta má potenciál přinést nové zajímavé informace o strukturním uspořádání, dynamice a interakcích těchto molekul, neboť je oproti Ramanovu rozptylu mnohem citlivější k vibracím cukerné části nukleotidů, na které jsou tři až čtyři chirální uhlíky. Studovali jsme spektrální projevy spojené s chemickými modifikacemi (rozdíl mezi ribo- a deoxyribonukleotidy, vliv různé polohy fosfátu) i se změnou fyzikálních podmínek (různé nábojové stavy vyvolané změnou pH, vliv koncentrace, vliv iontů). Značná část práce je věnována studiu samoasociace purinových nukleotidů - adenosin-5'-monofosfátu, který při vyšších koncentracích stohuje, a také...