1.4.2 Механізми взаємодії нк з барвниками

Однією із провідних методик дослідження НК та їх складових є використання барвників. Вони широко використовуються у противопухлинній та противірусній терапії, а також в якості РНК-специфічних молекулярних зондів для візуалізації НК в живих організмах без їх пошкодження [77,78]. А оскільки при кімнатних температурах РНК дуже слабо люмінесціює, то часто для її детектування використовують саме спеціально підібрані (або навіть створені) барвники, які при зв’язуванні з НК значно збільшують квантовий вихід власної флюоресценції і таким чином значно полегшують її детектування [79, 80, 81].

За допомогою оптичних методів досліджуються процеси взаємодії між НК і барвниками різного типу, а також особливості перебігу процесів перенесення енергії від ДНК до зв’язаного з ДНК барвника [81, 82, 83]. Отримані експериментальні дані, зокрема, дають можливість зробити висновки щодо вибірковості зв’язування молекул барвника з тією чи іншою парою основ у подвійні спіралі ДНК [84, 85].

Досить детальний огляд фотофізичних, хімічних властивостей та можливості практичного застосування класу ціанінових барвників проведено в роботах [86, 87]. Ряд робіт по дослідженню взаємодії ціанінових барвників з НК було проведено на кафедрі експериментальної фізики КНУ ім. Т.Г. Шевченка. [59, 88, 89, 90, 91]

Спектральні прояви взаємодії ціанінових барвників, процеси їх агрегації в присутності ДНК, шляхи безвипромінювальної деактивації енергії електронного збудження та можливість застосування барвників для детектування НК розглянуті в роботах [59, 88, 89]. Дослідження спектральних властивостей ряду ціанінових барвників та їх сумішей з ДНК при кімнатній температурі показало, що особливості процесів поглинання та флюоресценції вільних барвників визначаються J- та Н-агрегатами, утвореними молекулами барвника. В той же час флюоресценція розчинів барвник+ДНК зумовлена власною флюоресценцією барвника, що авторами пояснюється руйнуванням Н-агрегатів при зв’язуванні хромофорів барвника з ДНК [59]. Також було досліджено зміни в квантових виходах флюоресценції ряду барвників при додаванні НК та пораховано константи швидкості безвипромінювальних переходів [89]. Додавання ДНК призводить до значного збільшення квантового виходу флюоресценції ціанінових барвників. Підтверджено можливість передачі енергії синглетного збудження від ДНК до зв’язаного з нею барвника та оцінено ефективність такого переносу залежно від концентрацій [59]. Прояви передачі триплетного електронного збудження від ДНК до барвника (гасіння фосфоресценції ДНК при додаванні барвника; фосфоресценція та затримана флюоресценція зонду при збудженні в максимум поглинання ДНК) отримані в роботі [90]. Дослідження змін в спектрах люмінесценції при різних концентраціях барвника та ДНК в розчинах дозволило оцінити довжину пробігу триплетного електронного збудження – 20 пар основ.

Дослідження фотостабільності та фототоксичного впливу стирилових барвників на ДНК показало можливість їх застосування в біології та медицині [91]. Незмінність оптичної густини смуги поглинання ДНК для системи ДНК+барвник протягом часу опромінення свідчить, що Bos-1 та DBos-30, зв’язуючись з ДНК стабілізують її. На противагу їм, барвник DBos-24 демонструє фототоксичний вплив на ДНК (оптична густина смуги поглинання ДНК збільшується на 30% підчас опромінення) [91].

Огляд наукової літератури свідчить, що незважаючи на наявність багатьох робіт в досліджуваній галузі, ряд важливих питань лишаються не з’ясованими. Зокрема, до таких питань належать: енергетична структура РНК; процеси міграції як синглетних, так і триплетних електронних збуджень в макромолекулі РНК та довжина їх вільного пробігу; процеси взаємодії між РНК та білком. Також лишається відкритим питання механізму противірусної дії олігоаденілату.