Статистическая термодинамика связывания лигандов с ДНК и РНК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, доктор физико-математических наук Нечипуренко, Юрий Дмитриевич

• Нечипуренко, Юрий Дмитриевич
• доктор физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Нечипуренко, Юрий Дмитриевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОДХОДЫ К ОПИСАНИЮ РАВНОВЕСНОГО СВЯЗЫВАНИЯ ЛИГАНДОВ С НУКЛЕИНОВЫМИ КИСЛОТАМИ

ГЛАВА 2. ФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ, ОПИСЫВАЮЩАЯ СВЯЗЫВАНИЕ ЛИГАНДОВ. ШУМ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЭКСПРЕССИИ. ДАВЛЕНИЕ РЕШЕТОЧНОГО ГАЗА. СВЯЗЫВАНИЕ ХИТОЗАНА С ДНК

ГЛАВА 3. КООПЕРАТИВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ АДСОРБИРОВАННЫМИ ЛИГ АНДАМИ. АСИМПТОТИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА КРИВЫХ СВЯЗЫВАНИЯ

ГЛАВА 4. КОНТАКТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ АДСОРБИРОВАННЫМИ ЛИГ АНДАМИ

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИГАНДОВ, СВЯЗАННЫХ НА МАТРИЦАХ СПЕЦИФИЧНО И НЕСПЕЦИФИЧНО

ГЛАВА 6. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ОПИСЫВАЮЩИЕ ОБРАЗОВАНИЕ «МОСТИКОВ» МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ

ГЛАВА 7. КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ АДСОРБЦИИ, ОПИСЫВАЮЩИХ СВЯЗЫВАНИЕ ЛИГАНДОВ С

НУКЛЕИНОВЫМИ КИСЛОТАМИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Статистическая термодинамика связывания лигандов с ДНК и РНК»

Постановка проблемы и ее актуальность. Изучение регуляции экспрессии генов является одной из центральных задач молекулярной биологии. Существует несколько механизмов регуляции экспрессии генов, в которых регуляция осуществляется посредством обратимого связывания белков с ДНК или РНК. Такое связывание может быть описано в рамках представлений о физической адсорбции лигандов на матрицах нуклеиновых кислот. Матрицы нуклеиновых кислот (НК) в этом случае рассматриваются как адсорбенты, несущие решетки реакционных центров, на которых обратимым образом связываются молекулы лигандов. Адсорбция происходит посредством многоточечного связывания лигандов с реакционными центрами матриц. Сейчас можно считать установленным, что подобным образом с НК связывается целый ряд лигандов, в том числе олигонуклеотиды, антибиотики и биологически активные соединения различного происхождения. Однако многие характеристики такого связывания до сих пор неясны. В ряде случаев между лигандами существуют кооперативные взаимодействия, более того, показано, что в модельных системах связывание лигандов может влиять на конформационное состояние матриц НК и влияние это распространяется на участки матриц, отстоящие от места связывания (аллостерический эффект).

Процессы регуляции экспрессии генов включают в себя координированное связывание разных лигандов. В живой клетке ДНК покрыта лигандами разных типов, и связывание одних лигандов может влиять на связывание других (например, при связывании один лиганд может закрывать целый участок матрицы, делая его недоступным для других молекул лиганда). Все эти свойства связывания необходимо моделировать: в экспериментах используются модельные системы, которые позволяют выяснить определенные свойства изучаемых объектов, и в теории необходимо сформулировать ряд моделей, которые могли бы описать связывание нескольких лигандов, позволили бы рассмотреть влияние адсорбции лигандов на состояние матрицы и другие явления, наблюдаемые в молекулярной биологии. Изучение таких моделей позволит анализировать изотермы адсорбции, диаграммы фут-принтинга и другие количественные характеристики, которые могут быть получены при исследованиях молекулярно-биологических систем.

До настоящего времени применение теории адсорбции к связыванию лигандов с НК было эпизодическим. Изучая связывание разных лигандов с матрицами НК, исследователи чаще всего пользовались одной моделью, в которой учитываются контактные кооперативные взаимодействия между ближайшими соседними адсорбированными лигандами, изредка предлагались новые модели, но ни систематического описания разных моделей адсорбции, ни сравнительного изучения их свойств до последнего времени в литературе не существовало. По мере рассмотрения все более сложных систем возникали более сложные модели адсорбции, но не существовало описания разных моделей с единой точки зрения. Между тем, без такого описания трудно надеяться на то, что выбранная исследователем модель будет единственно возможной. Исследователей интересует, как правило, не получение уравнений связывания и расчет изотерм адсорбции в рамках той или иной модели, а решение "обратной" задачи: выбор модели адсорбции на основании количественных данных. Однако решение этой задачи до настоящего времени было затруднено из-за отсутствия классификации моделей адсорбции.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является развитие теории адсорбции лигандов на матрицах НК и применение ее для анализа молекулярно-биологических систем. Для достижения этой цели необходимо формирование научного аппарата теории адсорбции, включающего "инвентаризацию" методов статистической механики и математических подходов, используемых в данной области, описание терминологии и введение в рассмотрение широкого набора моделей адсорбции.

Задачами исследования являются:

1) Описание адсорбции лигандов на матрицах НК с единой точки зрения. Разработка методов анализа изотерм адсорбции.

2) Рассмотрение изотерм адсорбции разных видов. Анализ моделей адсорбции с дальними кооперативными взаимодействиями между лигандами.

3) Анализ моделей, в которых на матрицах связываются два разных лиганда и между лигандами существуют кооперативные взаимодействия.

4) Изучение специфического и неспецифического связывания лигандов на фрагментах ДНК.

5) Анализ явления, которое получило название «шум генетической экспрессии» (речь идет об экспериментах по изучению связывания lac-репрессора в клетке E.coli).

6) Разработка методов, позволяющих рассчитывать диаграммы фут-принтинга. Исследование связывания бис-нетропсина с фрагментом ДНК.

7) Изучение связывания с ДНК молекул, нейтрализующих заряды ДНК (на примере хитозана, связывание которого приводит к формированию жидкокристаллических дисперсий ДНК).

8) Моделирование явления координированной адсорбции (на примере образования наномостиков при связывании лигандов с матрицами ДНК в составе жидкокристаллической дисперсии).

9) Проведение классификации описанных нами и известных в литературе моделей адсорбции.

Научная новизна. В работе впервые введен в рассмотрение целый ряд новых моделей адсорбции. Впервые разработан метод, позволяющий анализировать изотермы адсорбции для широкого класса кооперативных систем. Применение этого метода позволило установить соответствие между формой изотермы адсорбции и моделью адсорбции. Показано, что этот метод позволяет различить модели, в которых взаимодействие между лигандами приводит к образованию ассоциатов произвольного размера и модели, в которых образуются димеры из связанных на матрице молекул лиганда. Продемонстрирована возможность восстановления потенциала кооперативных взаимодействий между адсорбированными лигандами.

Рассмотрен ряд моделей, позволяющих описывать S-образный вид кривых связывания. Впервые проведена классификация моделей адсорбции, выделены разные типы кооперативных взаимодействий между адсорбированными лигандами и описаны модели, учитывающие влияние связывания лигандов на матрицы НК.

Построены алгоритмы, позволяющие рассчитывать вероятности специфичного связывания лиганда на разных местах молекулы ДНК с известной последовательностью пар оснований и сравнивать рассчитанные профили распределения лиганда с экспериментальными диаграммами фут-принтинга.

Получены уравнения, описывающие связывание лигандов с матрицами НК для широкого класса моделей адсорбции. Описаны и реализованы алгоритмы, позволяющие анализировать экспериментальные кривые связывания и оценивать геометрические и энергетические параметры модели адсорбции.

При анализе адсорбционных систем мы рассчитывали не только средние значения числа адсорбированных на матрице лигандов, но и стандартные отклонения от средних значений. Функция распределения дает более полную информацию о равновесном связывании лигандов с матрицами НК и позволяет более детально описать связывание. Дисперсия среднего числа адсорбированных лигандов позволяет оценить «шум» процесса адсорбции. Практическая ценность работы состоит в том, что на основании разработанных подходов удается получить информацию о характере кооперативных эффектов в адсорбционной системе. Такие эффекты наблюдаются при связывании с ДНК как белковых факторов, регулирующих экспрессию генов, так и разного рода низкомолекулярных лигандов, в том числе лекарственных соединений. В работе развиты представления, позволяющие проводить анализ как модельных экспериментальных систем, так и реальных биологических систем. В работе продемонстрировано несколько примеров такого анализа. Показано, что шум генетической экспрессии, измеренный in vivo для E.coli, может быть обусловлен шумом процесса адсорбции.

Полученные в работе уравнения, описывающие кооперативное связывание двух разных лигандов с матрицами НК, применяются для описания адсорбции лигандов в модельных системах.

Проведен анализ расположения нуклеосом на фрагменте ДНК, показано, что такое расположение характеризуется определенной дисперсией.

На примере лекарственного соединения бис-нетропсина продемонстрирован расчет диаграммы фут-принтинга. Такой анализ может быть применен и к другим биологически активным соединениям: компьютерный фут-принтинг позволяет также предсказывать вероятности связывания лигандов, имеющих повышенное сродство к определенным последовательностям пар нуклеотидов на заданных фрагментах ДНК.

Изучено связывание молекул антибиотика дауномицина и ионов меди с матрицами НК в составе частиц жидкокристаллической дисперсии (ЖКД). В работах Ю.М. Евдокимова и соавторов показано, что в результате такого связывания образуются наномостики между молекулами ДНК, сближенными в составе ЖКД. Нам удалось описать образование таких мостиков в рамках модели координированной адсорбции. Анализ экспериментальных данных позволил оценить параметры образования наномостиков. Практическая ценность этих результатов значительна: в последнее время молекулярные конструкции широко используются в создании биосенсоров, и количественное описание формирования таких структур открывает путь к конструированию биосенсоров.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на Международном симпозиуме «Биофизика нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов» (Таллинн, 1981), 1 Всесоюзном биофизическом съезде (Москва, 1982), Конгрессе европейских биохимических сообществ (Прага, 1984), Международном симпозиуме по физикохимии ДНК и функционированию генома (Тбилиси, 1987), Всесоюзной конференции по спектроскопии биополимеров (Харьков, 1992), Симпозиуме «Математические теории биологических процессов» (Калининград, 1993), Совещании «Геном человека» (Черноголовка 1993), Международной конференции «Молекулярная биология на границе XXI века» (Москва 1994), Международных конференциях по биомолекулярной структуре и динамике (Албани, 2001, 2003), П Всероссийском съезде биофизиков (Воронеж, 2004), 22-ом Международном биофизическом симпозиуме (Святой Стефан - Белград, 2004), Международной конференции «Гидратация и термодинамика молекулярного узнавания» (Цахкадзор, 2005) и других конференциях.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 47 печатных работ в ведущих международных и отечественных научных журналах. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Диссертация изложена на 260 страницах, содержит 60 рисунков и три таблицы.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Нечипуренко, Юрий Дмитриевич

выводы

1) Предложен метод анализа изотерм адсорбции, основанный на исследовании поведения кривых связывания при заполнении матрицы ДНК лигандом, близком к насыщающему уровню. Показано, что этот метод позволяет различить системы, в которых взаимодействие между лигандами приводит к образованию ассоциатов произвольного размера и системы, в которых образуются димеры из связанных на матрице молекул лиганда.

2) Впервые проведен анализ кооперативных эффектов при связывании двух различных лигандов с ДНК. Показано, что модель адсорбции в этом случае приводит к математическим задачам, аналогичным задаче подсчета числа состояний в одномерной модели Изинга для решеточного газа частиц с взаимодействием. Получены точные уравнения и развиты алгоритмы, позволяющие рассчитывать изотермы адсорбции, характеризующие связывание двух различных лигандов.

3) Получены соотношения, позволяющие рассчитывать диаграммы футпринтинга для комплексов протяженного лиганда, способного связываться избирательно с определенными последовательностями ДНК. Экспериментальные и теоретически рассчитанные профили распределения связанного лиганда на ДНК хорошо согласуются друг с другом.

4) Проведен анализ кооперативных эффектов, обусловленных взаимодействиями между молекулами ДНК, возникающими при достижении критической степени заполнения ДНК лигандом. Рассчитаны функции распределения связанного лиганда на различных молекулах ДНК, характеризующие термодинамическое равновесие в системе. Развитые алгоритмы и уравнения были использованы для определения термодинамических параметров связывания хитозана с ДНК.

5) Получены уравнения для описания координированной адсорбции лигандов на матрицах нуклеиновых кислот в составе жидкокристаллических дисперсий. Показано, что эти уравнения хорошо описывают образование хелатных мостиков между молекулами РНК в частицах жидкокристаллических дисперсий. Определены термодинамические параметры, характеризующие образование мостиков.

6) Показано, что в трехкомпонентной системе, содержащей ДНК и два лиганда, значительно различающихся по величине сродства к ДНК, возникают специфические граничные эффекты, обусловленные одномерным давлением «решеточного газа» адсорбированных лигандов, имеющих более низкое сродство к ДНК.

7) Развитые представления применены для анализа целого ряда экспериментальных систем, в которых измеряются количественные характеристики связывания лигандов с ДНК in vitro и in vivo. Показано, что шум процесса генетической экспрессии, измеренный экспериментально in vivo, может быть обусловлен шумом процесса адсорбции регуляторного белка с промотором репортерного гена.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе связывание регуляторных белков и биологически активных соединений с нуклеиновыми кислотами рассматривается как процесс физической адсорбции. Молекулы нуклеиновых кислот в таком процессе выступают в качестве матриц. В клетке с молекулами ДНК и РНК связывается большое число различных соединений, и при таком связывании на матрицах НК может "задействоваться" одновременно несколько систем реакционных центров. Мы рассмотрели здесь как конкуренцию лигандов за одни и те же связывающие места, так и координацию при связывании лигандов на одной или двух системах реакционных центров.

Сложность реальной ситуации затрудняется еще и тем, что матрица представляет собой трехмерный объект, и полная система реакционных центров на матрице может не укладываться в одномерную или даже двумерную схему. Несмотря на это, применение теории адсорбции для описания связывания лигандов с НК позволяет продуктивно решать практические задачи анализа связывания с НК ряда биологически активных веществ: восстанавливать на основании анализа изотерм адсорбции как геометрические, так и энергетические параметры связывания. Здесь мы показали, как можно проводить такой анализ на примере связывания с ДНК молекул хитозана.

По-видимому, первым примером плодотворного применения теории адсорбции в молекулярной биофизике можно назвать анализ связывания с ДНК антибиотиков дистамицина А и нетропсина, который был проведен в работах Заседателева и соавторов [25, 26]. По сути, только на основании изотерм адсорбции Заседателевым была предложена молекулярная модель комплекса дистамицина А с ДНК, которая была подтверждена позже при помощи рентгеноструктурного анализа. Исходя из этой модели, мы смогли детально проанализировать связывание с различными ДНК молекул дистамицина А и его производных, имеющих практическое применение в медицине. В результате такого анализа был обнаружен целый ряд любопытных эффектов, касающихся кооперативных взаимодействий между адсорбированными лигандами. В частности, нами был подробно описан «аллостерический эффект» ДНК, заключающийся во влиянии связывания лиганда на конформационное состояние молекулы ДНК не только в месте связывания, но и на удалении на расстояния в несколько витков от такого места. Мы показали, что наряду с кооперативными взаимодействиями между адсорбированными молекулами дистамицина А существуют антикооперативные взаимодействия, и характер таких взаимодействий зависит как от расстояний между молекулами, так и от AT состава ДНК [117].

Плодотворность применения теории адсорбции для описания биологических систем в целом обусловлена, с одной стороны, участием ведущих специалистов в области статистической физики в решении задач, связанных с биополимерами, а с другой, привлечением внимания со стороны молекулярных биологов и биофизиков к теории адсорбции. Однако, несмотря на существенные достижения в этой области, до последнего времени в отечественной и мировой литературе не существовало крупных обзорных работ, в которых с единой точкой зрения рассматривались бы сотни и тысячи примеров применения теории адсорбции к описанию взаимодействия лигандов с НК. Не существует ни современных руководств, ни монографий, в которых бы излагались подходы к описанию взаимодействия лигандов с НК. Такие подходы были изложены более 20 лет назад в отдельных главах учебника по молекулярной биофизике М.В. Волькенштейна [150] и руководства по биофизической химии Кантора и Шиммеля [25] (можно ответить также монографию Ваймана и Гилла (Wyman J., Gill S.J.) [151], однако в ней рассматриваются более общие вопросы описания связывания лигандов с макромолекулами).

За последние годы вышло немало работ, в которых содержится описание систем, где связывание лигандов с матрицами НК происходит по новым схемам, не известным ранее. Развиты новые модели адсорбции, получены уравнения связывания. Здесь такие модели впервые изложены системно: с единой точки зрения, в рамках общего подхода.

Нами впервые в наиболее полном виде изложена совокупность методов и подходов статистической термодинамики, позволяющих описывать и анализировать биологические системы, в которых изучается связывание лигандов с нуклеиновыми кислотами как in vitro, так и in vivo. Нами также было показано на ряде примеров, как такие подходы «работают», какие параметры связывания они позволяют оценить. Развитые нами методы анализа данных дают в руки исследователя разнообразный теоретический "инструментарий", позволяющий анализировать как реальные биологические системы, так и модельные системы, в которых изучается связывание лигандов с нуклеиновыми кислотами.

Такой инструментарий насущно необходим, так как исследователь решает обычно так называемую «обратную задачу» - по изотермам адсорбции восстанавливает основные свойства модели связывания. Разного рода модели, как мы показали в этой работе, могут приводить к похожим кривым - но все же в ряде случаев удается связать между собой характеристические черты модели адсорбции и вид соответствующих кривых связывания.

Теория адсорбции на протяжении более тридцати лет своего применения к биологическим системам накопила уже достаточно опыта, чтобы выступить в этой области в роли самостоятельной дисциплины. Эта дисциплина выработала свой язык, который позволяет сформулировать такие фундаментальные проблемы биологии, как регуляция генетической экспрессии в рамках представлений статистической физики. С другой стороны, применение теории адсорбции к анализу экспериментальных данных позволяет связать наблюдаемые величины с модельными свойствами молекулярно-биологических систем: определять энергии взаимодействия лигандов с нуклеиновыми кислотами, энергии взаимодействия между адсорбированными лигандами и т.п. Описание реальных систем при помощи теории адсорбции дает возможность как предсказывать их поведение при изменении внешних условий, так и уточнять черты моделей адсорбции. Без применения теории адсорбции невозможно сейчас представить эффективное решение и таких прикладных задач, как испытание лекарственных соединений и создание биосенсоров.

В диссертации не только показано, как можно применять теорию адсорбции к широкому классу фундаментальных и прикладных задач молекулярной биофизики, но и продемонстрировано, что в настоящее время такое применение должно иметь черты системности. Хорошо изученные сейчас отдельные примеры связывания лигандов с нуклеиновыми кислотами следует рассматривать как части более общей системы знания: статистической термодинамики связывания лигандов с ДНК и РНК, построению которой и посвящена данная работа.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Нечипуренко, Юрий Дмитриевич, 2005 год

1. Hill T.L. Some statistical problems concerning linear macromolecules. // J. Polymer Sci. 1957. V. 23. P. 549-562.

2. Crothers D. Calculation of binding isotherms for heterogeneous polymers. // Biopolymers. 1968. V.6. P.575-584.

3. Заседателев A.C., Гурский Г.В. и Волъкенштейн М.В. Теория одномерной адсорбции. 1. Адсорбция малых молекул на гомополимере. // Мол. биология. 1971.Т.5. С.245-490.

4. Гурский Г.В., Заседателев А. С. и Волъкенштейн М.В. Теория одномерной адсорбции. П. Адсорбция малых молекул на гетерополимере. // Мол. биология. 1972. Т.6. С.479 489.

5. Гурский Г.В., Туманян В.Г., Заседателев А. С., Жузе А.Л., Гроховский С.Л., Готтих Г.П. Код, управляющий специфическим связыванием белков с ДНК и структура стереоспецифических участков регуляторных белков. // Мол. биология. 1975. Т. 9. С. 635-651.

6. Гурский Г.В., Заседателев А. С. Точные соотношения, описывающие связывание регуляторных белков и других решеточных лигандов на двухспиральных полинуклеотидах // Биофизика. 1978. Т. 23. С. 932-946.

7. Гурский Г.В., Заседателев А. С. //В кн. Итоги науки и техники. Сер. Молекулярная биология. М. ВИНИИТИ, 1982, с. 190-237.

8. Gursky G.V., ZasedatelevA.S. Thermodynamic and stereochemical aspects of binding interactions between sequence-specific ligands and DNA // Sov. Sci. Rev. D. Physicochem. Biol. 1984. V. 5, P. 53-139.

9. Zimm B.H., Bragg J.K. II J. Chem. Phys. 1959. V. 31. P.526.

10. Веденов A.A., Дыхне A.M., Франк-Каменецкий АД., Франк-Каменецкий МД. К теории перехода спираль-клубок в ДНК. // Мол. биология. 1967. Т.1. С.313-319.

11. Евдокимов Ю.М., Скуридин С.Г., Семенов В.И., Соляное В.И., Лорткипанидзе Г.Б. Стабилизация оптических свойств частицхолестерических жидкокристаллических дисперсий ДНК. // Биофизика 1998. Т.43. С.240-252.

12. Yevdokimov Yu.M., Salyanov V.I., Zakharov M.A. A novel type of microscopic size chip based on double-stranded nucleic acids // Lab on a Chip. 2001. V.l, P.35-41.

13. Евдокимов Ю.М., Соляное В.И., Семенов С.В., Ильина А.В., Варламов В.П. II Мол. биология. 2002. Т. 36. С. 532-541.

14. Yevdokimov Yu.M., Salyanov V.I. Liquid crystalline dispersions of complexes formed by chitosan with double-stranded nucleic acids. // Liquid Crystals. 2003.V.30. N.9. P. 1057-1074.

15. Евдокимов Ю.М., Соляное В.И., Нечипуренко Ю.Д., Скуридин С.Г., Захаров М.А., Спенер Ф., Палумбо М. Молекулярные конструкции (суперструктуры) на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот. // Мол. биология. 2003. Т. 37. С. 340-355.

16. Magee W.S., Gibbs J.H., Zimm В.Н. Theory of helix-coil transitions involving complementary poly- and oligo- nucleotides I the compete binding case // Bfopolymers. 1963. V.l. P. 133-143.

17. LattS.A., Sober L.H. Protein-nucleic acid interactions. Oligopeptide-polyribonucleotide binding studies // Biochemistry. 1967. V.6. P.3293-3306.

18. McGhee J.D. and von Hippel P.H. Theoretical Aspects of DNA-Protein Interactions: Co-operative and Non-co-operative Binding of Large Ligands to a One-dimensional Homogeneous Lattice. // J. Mol. Biol. 1974. V.86. P.469-489.

19. Hill A. V. The possible effects of the aggregation of the molecules of the molecules of hemoglobin on the dissociation curves. // J. Physiol. (London) 1910, V. 40. P. iv-vii.

20. Scatchard G. The attractions of proteins for small molecules and ions. // Ann. N.Y. Acad. Sci. 1949. V.l5. P.660-672.

21. Нечипуренко Ю.Д., Гурский Г.В. Анализ связывания белков и антибиотиков с фрагментами ДНК. //ДАН СССР. 1985. Т.281. С. 213-216.

22. Лопаткин А.А. Теоретические основания физической адсорбции. М. МГУ 1983.

23. Poland D. Ligand binding distributions in nucleic acids. // Biopolymers. 2001.V.58. P. 477-490.

24. Кантор Ч, Шиммел П. Биофизическая химия М., Мир, 1984.

25. Zasedatelev A.S., Gursky G.V., Zimmer Ch., Thrum H. Binding of netropsin to DNA and synthetic polynucleotides. // Mol. Biol. Reports. 1974. V.l. P. 337-342.

26. Корка M.L., Yoon С., Goodsell D., Pjura P., Dickerson R.E. The molecular origin of DNA-drug specificity in netropsin and distamycin. // PNAS. 1985. V. 82. P.1376-1380.

27. Hill T. L.H Statistical Mechanics. McGraw-Hill. N.Y. 1956. Статистическая механика. M. 1960.

28. Lifson S. Partition function of linear-chain molecules // J. Chem. Phys. 1964. V.40. P.3705-3710.

29. Schellman J.A. Sequence generating functions. // "Molecular structure and dynamics", ed. M. Balaban. 1980. P. 245-265.

30. Hill T.L. Thermodynamics of Small Systems. Dover, New York. 1994.

31. Hill T.L. Perspective: nanothermodynamics. Nano Letters. 2001. V.l. P.l 11112.

32. Hill T.L. A different approach to nanothermodynamics. // Nano Letters. 2001. V.l. P.273-275.

33. Базаров И.П., Николаев П.Н. Анатолий Александрович Власов. М., МГУ, 1999.

34. BlumenfeldL.A., GrosbergA.Yu, TikhonovA.N. Fluctuations and mass-action law breakdown in statistical thermodynamics of small systems. // J. Chem. Phys. 1991. V.95. P. 7541-7547.

35. Schellman J.A. Macromolecular Binding. // Biopolymers. 1975. V.14. P.999-1018.

36. Schwarz G. On the analysis of linear binding effects associated with curved Scatchard plot // Biophys. Chem. 1977. V.6 P.65-76.

37. Schwarz G., Stankovsky S. Linear cooperative binding of large ligands involving mutual exclusion of different binding modes. // Biophys. Chemistry. 1979. V.10. P.173-181.

38. Schwarz G.A universal thermodynamic approach to analyze biomolecular binding experiments. // Biophys Chem. 2000. V.86 P. 119-129.

39. Epstein I.R. Cooperative and Non-Cooperative Binding of Large Ligands to a Finite One-dimensional Lattice. A Model for Ligand-Oligonucleotide Interactions. // Biophys. Chemistry. 1978. V.8. P. 327-339.

40. Chen Y.D., Maxwell A., Westerhoff H.V. II J. Mol. Biol. 1986. V.190. P. 211214.

41. ReiterJ., Epstein I.R. Bimodality in the cooperative binding of ligands to molecules with miltiple binding sites. // J. Phys. Chem. 1987. V.91. P.4813-4820.

42. ReiterJ., Epstein I.R. Cooperative lattice ligand binding: approximate Gaussian binding distribution. // Biophys. Chem. 1989. V.33. P. 1-9.

43. Wolfe A.R. Meehan T. Use of binding site neighbor-effect parameters to evaluate the interactions between adjacent ligand on a linear lattice. Effects on ligand-lattice association // J. Mol. Biol. 1992. V. 223, P. 1063-1087.

44. Lohman T.M. Mascotti D.P. Thermodynamics of ligand-nucleic acids interactions. // Methods in Enzymology. 1992. V. 212. P. 400-424.

45. Evans J. W. Random and cooperative sequential adsorption. .//Rev. Mod. Phys. 1993. V. 65. P.l281-1329.

46. Krapivsky P.L., Bennaim E. Collective of adsorption-desorption processes. // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. P. 6778-6782.

47. SaroffH.A. Energetics of protein-DNA interactions an exact calculation for binding of ligands to a lattice of overlapping sites. // Biopolymers. 1995. V.36. P.121-134.

48. DiCera E., Kong Y. Theory of multivalent binding in one and two-dimensional lattices. // Biophys. Chem. 1996. V. 61 P. 107-124.

49. Kong Y. Ligand binding on ladder lattices. // Biophys. Chem. 1999. V.81. P. 7-21.

50. Torralba A.S. Colmenarejo G. Montero F. Sequence distribution and intercooperativity detection for two ligands simultaneously binding to DNA. // Biopolymers. 2001. V. 58. P. 562-576.

51. Tsodikov O.V., HolbrookJ.A., Shkel I.A., et al. Analytic binding isotherms describing competitive interactions of a protein ligand with specific and nonspecific sites on the same DNA oligomer. // Biophys. J. 2001. V.81. P. 19601969.

52. Lando D., TeifV. И J. Biomol. Struct. & Dynamics. 2000. V.17. P.903-911.

53. TeifV.B., Haroutiunian S.G., Vorob'ev V.I., et al. Short-range interactions and size of ligands bound to DNA strongly influence adsorptive phase transition caused by long-range interactions. // J. Biomol. Struct, and Dynam. 2002. V.19. P.1093-1100.

54. Poland D. Ligand binding distributions in biopolymers. // J. Chem. Phys.2000. V. 113. P. 4774-4784.

55. Сибирцев B.C., Гарабаджиу A.B., Иванов С.Д. //Биоорганическая химия.2001. Т. 27. С. 57-65.

56. Бабаян Ю., Аракелян В., Потикян Г., Казарян А. II Биофизика. 2001. Т.46. С.1003-1005.

57. Ising E. IIZ. Physik 1925. V.31. P.253.

58. Steiner R.F. //Journ. Chem. Phys. 1954. V.22. P. 1458-1459.

59. Watson J.D. and CrickF.H.C. //Nature. 1953. V. 171. P. 737-738.

60. Gursky G.V., Tumanyan V.G. Zasedatelev A.S., ZhuzeA.L., Grokhovsky S.L., and Gottikh B.P I/ Mol. Biol. Report. 1976, V.2, P.413-425.

61. Гурский F.B., Туманян Г.В., Заседателев А. С., Жузе A.JI., Гроховский C.JI. и Fommux Б.П. II Мол. биология, 1975, Т.9, С.635-651.

62. Livshitz М.А., Gursky G. V., Zasedatelev А. М, Volkenstein М. V. II Nucleic Acids Res. 1979. V.6. P.2217 -2236.

63. Gursky G. V., Zasedatelev A.S., Zhuze A.L., Khorlin A.A., Grokhovsky S.L., Streltsov SA., Surovaya A.N., Nikitin A.M., Krylov A.S., Retchinsky V.O., Beabealashvili R.S. and Gottikh B.P Л Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 1983. V.47. P.367-378.

64. Лейнсоо T.A., Николаев B.A., Гроховский C.JI., Стрельцов C.A., Заседателев А. С., Жузе A.JI. Рурский F.B.// Мол. биология. 1988. Т. 22. С. 159-175.

65. Лейнсоо Т.А., Николаев В.А., Гроховский С.Л., Сидорова Н.Ю., Стрельцов С.А., Заседателев А. С., Жузе А.Л., Суровая А.Н., Рурский F.B II Мол. биология. 1989. Т.23. С. 1616-1637.

66. Сидорова Н.Ю. Николаев В.А. Жузе А.Л., Суровая А.Н. Рурский Г.В II Мол. биология. 1991. Т.25. С. 706-717.

67. Гроховский СЛ., Николаев В.А., Сидорова Н.Ю., Зубарев В.Е., Заседателев А.С., Жузе А.Л., Чернов Б.К., Гурский Г.В. //Мол. биология. 1992. Т.26. С. 1313-1292.

68. Gursky G. V., Surovaya A.N., Kurochkin A. V., Chernov B.K., Volkov S.K., Kirpichnikov M.P. //J. Biomol. Struct. Dyn. 1992. V.10. P. 15-33.

69. Николаев B.A., Суровая A.H., Сидорова Н.Ю., Гроховский С.Л., Заседателев А.С., Гурский Г.В., Жузе А.Л. // Мол. биология. 1993. Т. 27. С. 192-210.

70. Суровая А.Н., Гроховский С.Л., Брусов Р.В., Лысое Ю.П., Жузе АЛ., Гурский Г.В. //Мол. биология. 1994. Т.28. С. 1383-1399.

71. Zasedatelev A.S., Borodulin V.B., Grokhovsky S.L., Nikitin A.M., Salmanova D.V., ZhuzeA.L., Gursky G.V., Shafer R.H./I FEBS Lett. 1995. V.375. P. 304-306.

72. Хохлов Д.Н., Брусов P.B., Гроховский СЛ., Николаев В.А., Писъменский В.Ф., Жузе А.Л., Гурский Г.В // Мол. биология. 1995. Т. 29. С.354-364.

73. Nikolaev V.A., Grokhovsky S.L, Surovaya A.N., Leinsoo T.A., Sidorova N.Yu., Zasedatelev A. S., Zhuze A.L., Strahan G.A., Shafer R.H., Gursky G.V. //J. Biomol. Struct. Dyn. 1996. V.14. P. 31-47.

74. Surovaya A.N., Burckhardt G., Grokhovsky S.L., Birch-Pirschfeld E., Gursky G.V., Zimmer C. //J. Biomol. Struct. Dyn. 1997. V. 14. P.595-606.

75. Grokhovsky S.L., Surovaya A.N., Burckhardt G. et al. //FEBS Lett. 1998. V.439. P. 346-350.

76. Суровая A.H., Николаев B.A., Гроховский СЛ. и др. II Мол. биология. 1999. Т.ЗЗ. С. 483-490.

77. Суровая А.Н., Гроховский СЛ., Писъменский В.Ф. и др. II Мол. биология. 1999. Т.ЗЗ, С. 611-619.

78. Surovaya A.N., Burckhardt G., Grokhovsky S.L, et al. II J. Biomol. Struct. Dyn. 2001. V. 18. P. 689-701.

79. Суровая A.H., Гроховский СЛ., Буркхарт Г. и др. II Мол. биология. 2002. Т.36. С. 901-911.

80. Marques М.А., Doss R.M., Foister S., Dervan P.В. Expanding the repertoire of heterocycle ring pairs for programmable minor groove DNA recognition. //

81. J. Am. Chem. Soc. 2004. V. 126 P.10339-10349.

82. Fechter E.J., OlenyukB., Dervan P.В. Design of a sequence-specific DNA bisintercalator. // Angew Chem Int Ed Engl. 2004. V. 43. P. 3591-3594.

83. Zhang Q, Dwyer T.J., Tsui V., Case D.A., ChoJ., Dervan P.B., Wemmer D.E. NMR structure of a cyclic polyamide-DNA complex. // J Am Chem Soc. 2004. V.126, P. 7958-7966.

84. Nguyen-Hackley D.H., Ramm E., Taylor C.M., JoungJ.K., Dervan P.B., Pabo C.O. Allosteric inhibition of zinc-finger binding in the major groove of DNA by minor-groove binding ligands. // Biochemistry. 2004. V.43. P. 3880-3890.

85. Krylov A.S., Grokhovsky S.L., Zasedatelev A.S., Zhuze A.L., Gursky G.V., Gottikh B.P. II Nucleic Acids. Res. 1978. V.6. P.289.

86. Livolant, F., Leforestier, A. II Prog. Polymer Sci. 1996. V.21. P. 1115-1164.

87. Sikorav J.-L., Church, G.M. //J. Mol. Biol. 1991. V. 222. P. 1085-1108.

88. Курганов Б.И. Аллостерические ферменты M., 1978.

89. Hogan М., Dattagupta N., Crothers D.M. II Nature. 1979.V.278. P.521-524.

90. Dattagupta N., Hogan M., Crothers D.M. Interaction of netropsin and distamycin with deoxyribonucleic acid: electric dichroism study //Biochemistry. 1980. V.19.P. 5998-6005.

91. Marquet R., Houssier C., Fredericq E. И Biochim. Biophys. Acta. 1985. V. 825. P. 365-374.

92. Flock, S., Labarbe R., Houssier С. II J. Biomol. Struct. & Dynamics. 1995. V.13.P. 87.

93. Manning G. The molecular theory of polyelectrolyte solutions with applications to the electrostatic properties of polynucleotides // Q. Rev. Biophys. 1978. V. 11.P.2.

94. Rousina I. Bloomfield, V.A. II J. Phys. Chem. 1996. V.l00. P.4292.

95. Porschke D. Nature of protamine-DNA complexes. A special type of ligand binding cooperativity. // J. Mol. Biol. 1991. V.222, P. 423-433.

96. Porschke D. Dynamics of DNA condensation. // Biochemistry. 1984. V.23. P.4821-4828.

97. Lando D., TeifV. И J. Biomol. Struct. & Dynamics. 2002. V.20, P.215-222.

98. Нечипуренко Ю.Д. Термодинамические параметры, характеризующие взаимодействия между молекулами лиганда, адсорбированными на полимере. // Биофизика. 1982. Т. 27. С. 391-398.

99. Нечипуренко Ю.Д., Заседателев А.С., Гурский Г.В. II Кооперативные взаимодействия при связывании протяженных лигандов с ДНК. 1 Неконтактные кооперативные взаимодействия. //Мол. биология 1984. Т. 18. С. 798-812.

100. Нечипуренко Ю. Д. Кооперативные взаимодействия при связывании протяженных лигандов с ДНК. П. Контактные кооперативные взаимодействия между адсорбированными лигандами. // Мол. биология. 1984. Т. 18. С. 1066-1079.

101. Йованович Б., Нечипуренко Ю. Д. Анализ распределения лигандов, адсорбированных на фрагментах ДНК. // Мол. биология. 1990. Т.24. С.478-486.

102. Полторак О.М., Шайтан К.В. Адсорбционное равновесие на энергетически неоднородной поверхности и дискретные функции распределения.//Вестник Московского Университета 1976. №4. С.387-401.

103. Elowitz М.В., Levine A.J., Siggia E.D., Swain P.S. Stochastic Gene Expression in a Single Cell//Science. 2002. V. 297. P. 1183-1186.

104. Нечипуренко Ю.Д., Вольф A.M., Гурский Г.В. Статистические флуктуации в процессах регуляции генов: рассмотрение с точки зрения статистической механики. // Биофизика. 2003. Т. 48. С. 986-997.

105. Arakelyan КВ., ВаЪауап Yu., Potikyan G. Determination of constant rates of adsorption of ligand on DNA: Analysis of correlation functions // J. of Biomol. Struct. Dyn. 2000. V.18. P.231-235.

106. Arakelyan V.B., Haroutiunianyan S.G., Arakelyan H. V., Haroutiunianyan T.S. Adsorption of Ligands on macromolecules in the fluctuating medium // J. of Biomol. Struct. Dyn. 2002. V.20. P.135-139.

107. Нечипуренко Ю.Д., Вольф A.M., Евдокимов Ю.М. Функция распределения, описывающая связывание протяженных лигандов с молекулами ДНК. Возможное применение для случая конденсации ДНК. // Биофизика. 2003. Т. 48, С. 635-643.

108. Нечипуренко Ю.Д., Вольф A.M., Соляное В.И., Евдокимов Ю.М. Равновесная адсорбция лигандов на молекулах ДНК (на примере хитозана). // ЖЭТФ. 2004. Т. 125. С. 103-111.

109. Melnikov S.M., Sergeev V.G., Yoshikawa К. II J. Am. Chem. Soc. 1995. V.l 17. P. 9951-9956.

110. Нечипуренко Ю.Д., Гурский Г.В. Термодинамические модели связывания лигандов с ДНК. // Биофизика. 2003. Т.48. С. 773-796.

111. Klein G., Prigogine I. II Physica. 1958. V.19. P. 74-89.

112. Winkle R.A., Krugh T.L. //Nucl. Acids. Res. 1981. V.9. P.3175-3186.

113. Genest D., Wahle P. И Biochimie. 1981. V.63. P. 561-564.

114. Нечипуренко Ю.Д., Крылов А. С., Заседателев А.С., Гурский Г.В. Взаимодействия между аналогами антибиотика дистамицина А, адсорбированными на ДНК. // Мол. биология. 1984. Т. 18. С. 332 342.

115. Bauer W., VinogradL. И J. Mol. Biol., 1968, V. 33, P. 141.

116. Hsieh Т., Wang J. С. И Biochemistry 1975 V. 14, P. 527.

117. BresloffJ. L., Crothers D.M. Equilibrium studies of ethidium-polynucleotide interactions // Biochemistry, 1981, V. 20, P. 3547.

118. Тенфорд Ч. Физическая химия полимеров. М.: Химия, 1975, С. 595.

119. Сиволоб А.В., Храпунов С.Н. II Биофизика. 1989. Т.34. С.28-33.

120. Нечипуренко ЮД. Связывание малых молекул с нуклеиновыми кислотами, имеющими третичную структуру. // Биофизика. 1985. Т. 30. С. 231-232.

121. Rushbrooke G.S., Ursell H.D. II Proc. Cambr. Phil. Soc. 1948, V. 44, P. 263271.

122. MonodJ., WimanJ., Changeux J.-P. //J .Mol. Biol. 1965, V.12, P. 88.

123. Круглова Е.Б. II Мол. биология. 1990. Т. 24. С. 514-523.

124. Круглова Е.Б. II Мол. биология. 1991. Т. 25. С. 60-69.

125. Круглова Е.Б. II Биофизика. 1994. Т. 39. С. 280-288.

126. Нечипуренко Ю.Д., Волъкенштейн М.В. Анализ расположения нуклеосом на сателлитной ДНК. //ДАН СССР. 1986. Т.286. С. 216-220.

127. Нечипуренко Ю.Д. Антикооперативные взаимодействия между ближайшими соседними хроматосомами. // Биофизика. 1988. Т.ЗЗ. С.580-583.

128. KornbergR. //Nature. 1981. V.292. Р.579-580.

129. Kornberg R.D., Stryer L. //Nucleic Acids Res. 1988. V.16. P.6677-6688.

130. Trauger J.W., Baird E.E., Dervan P.B. Recognition of DNA by designed ligands at subnanomolecular concentrations. // Nature. 1996. V.382. P. 559-561.

131. Swalley S.E., Eldon E., Baird E.E., Dervan P.B. Recognition of a 5' (A,T)GGG(A,T)2-3' sequence in the minor groove of DNA by eight-ring hairpin polyamide. //J.Am.Chem.Soc. 1997. V.119. P. 6953-6961.

132. Dickinson L.A., Gulizia R.J., Trauger J.W., Baird E.E., Mosier D.E., Gottesfeld J.M., Dervan P.B. Anti-repression of RNA Polymerase II Transcription by Pyrrol-Imidazole Polyamides. // PNAS USA. 1998. V.95. P. 1280-1289.

133. Coll M., Frederick C.A., Wang A.H.-J, Rich A. A bifurcated hydrogen bonded conformation in the d (AT) base pairs of the DNA dodecamer d(CGCAAATTTGCG) and its complex with distamycin. // PNAS USA 1987. V.84. P. 8385-8389.

134. Klevit R.E., Wemmer D.E. and Reid B.R. II Biochemistry. 1986. V.25. P.3296-3303.

135. Khorlin A.A., Krylov A.S., Grokhovsky S.L., Zhuze A.L., Zasedatelev A.S., Gursky G.V. andGottikh B.P. //FEBS Lett. 1980. V.118. P. 311-314.

136. Shafer R.H. DNA bis-intercalation: Theoretical calculation of binding curves // Biopolymers 1980. V.19. P.419-430.

137. Нечипуренко Ю.Д., Стрельцов СЛ., Михейкин A.JI. Новая физическая интерпретация S-образных кривых: конкуренция между разными типами связывания лиганда с ДНК. // Биофизика. 2000. Т.45. С. 1044-1048.

138. Nechipurenko Yu.D., Mikheikin A.L., Streltsov S.A., Zasedatelev A. S., and I.R. Nabiev I.R. Mixed mode of ligand-DNA binding results in S-shaped binding curves. //J. Biomol. Struct, and Dynam. 2001. V.18. P. 703-708.

139. Нечипуренко Ю.Д., Стрельцов C.A. и Евдокимов Ю.М. Термодинамическая модель образования мостиков между нуклеиновыми кислотами в жидком кристалле. // Биофизика. 2001. Т. 46. С. 428-435.

140. Нечипуренко Ю.Д., Захаров М.А., Соляное В.И. и Евдокимов Ю.М. «Мостиковые» структуры между молекулами нуклеиновых кислот, фиксированными в структуре жидкого кристалла. // Биофизика. 2002. Т. 47. С. 600-606.

141. Нечипуренко Ю.Д., Рябоконъ В.Ф., Семенов С.В., Евдокимов Ю.М. Термодинамические модели образования «мостиков» между молекулами нуклеиновых кислот в жидких кристаллах. // Биофизика. 2003. Т.48. С. 802811.

142. Yevdokimov Yu.M., Salyanov V.I., Spener F., Palumbo M. II Internat. J. Biol. Macromol. 1996. V.19, P.247.

143. Yevdokimov Yu.M., Salyanov V.I., Buligin L.V., Dembo A.T., Gedig E., Spener F., Palumbo M./f J. Biomol. Struct, and Dynam. 1997. V.15. P. 97-105.

144. Евдокимов Ю.М., Соляное В.И., Крылов А.С., Нечипуренко Ю.Д., Вольф A.M. Формирование жидкокристаллических дисперсий комплексов (ДНК-хитозан) в условиях объемного заполнения. // Биофизика. 2004. Т. 49. С. 789799.

145. Рябоконъ В.Ф., Нечипуренко Ю.Д., Гурский Г.В. Количественные методы анализа диаграмм фут-принтинга для комплекса лиганда с ДНК с известной последовательностью. //ДАН 2004, Т. 398, С. 832-837.

146. Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика М. 1975.

147. WymanJ., Gill S.J. Binding and linkage. Mill Valley, California 1990.

148. Hill A. V. The combination of hemoglobin with oxygen and with carbon monoxide. II Biochemistry J. 1913 V. 7. P. 471-480.

149. Бородулин В.Б., Михейкин A.JI., Гроховский C.JI., Никитин A.M., Салманова Д.В., ЖузеА.Л., Гурский Г.В., Шафер Р., Заседателев А. С. II Молекулярная биология, 1996, Т. 30, С. 661-665.

150. RudnickJ., Bruinsma R. DNA-Protein Cooperative Binding through Variable-Range Elastic Coupling // Biophys J. 1999, V.76, P. 1725-1733

151. Hagerman P.G. Investigation of the flexibility of DNA using transient electric birefringence//Biopolymers 1981 V.20, P. 1503-1535.

152. Kam Z, Borochev N., Eisenberg H. Dependence of laser light backscattering of DNA on NaCl concentration // Biopolymers 1981. V.20, P.2671-2690.

153. Goodsell D.S., Dickerson R.E. Bending and curvature calculations in B-DNA. //NAR, 1994, V.22, P.5497-5503.

154. Miller J.A., Widom J. Collaborative competition mechanism for gene activation in vivo//Mol Cell Biol. 2003 V.23. P. 1623-1632.

155. Berggrun A., Sauer R.T. Contributions of distinct quaternary contacts to cooperative operator binding by Mnt repressor// PNAS 2001, V. 98, P. 23012305.

156. Власов А.А. Нелокальная статистическая механика М. 1978.