Написати автору Взаємодія дезоксирибонуклеїнової кислоти з поверхнею модифікованого аміносиланом силохрому
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp16.02.191
Анотація
Матеріали, що здатні ефективно сорбувати нуклеїнові кислоти, є необхідними при розробці відповідних сенсорних систем біомедичного призначення, для аналітичного розділення та доставки генів. Нанорозмірні оксидні сорбенти все частіше стають основою досліджень та розробки нових каталітичних і сенсорних систем. Особливий інтерес в цьому відношенні являють кремнеземні сорбенти. Стабільність фізико-хімічних параметрів, значна швидкість досягнення сорбційної рівноваги, розвинена питома поверхня, механічна стійкість сприяють широкому використанню цих матеріалів для модифікації та іммобілізації на поверхні різних функціональних груп. Хімічна модифікація поверхні кремнеземів дозволяє контролювати силу адсорбційної взаємодії речовин з поверхнею, зберігаючи функціональність адсорбата, забезпечуючи оборотність процесу та підвищуючи селективність адсорбента.
Метою даної роботи було вивчити адсорбцію дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) на поверхні модифікованого 3-амінопропілтриетоксисиланом силохрому з водного розчину в залежності від рН середовища та концентрації адсорбата. Показано, що визначальною силою адсорбції є електростатична взаємодія між позитивно зарядженими амінопропільними групами поверхні сорбента та аніонами нуклеїнової кислоти. Адсорбція ДНК в кислій області здійснюється за допомогою дисперсійних сил та водневих зв’язків між функціональними групами поверхні кремнезему та високополярними вторинними фосфатними групами на зовнішній поверхні молекул нуклеїнової кислоти. Виходячи з розрахованих термодинамічних параметрів, процес взаємодії дезоксирибонуклеїнової кислоти з поверхнею модифікованого аміносиланом силохрому є самовільним та відбувається за іонообмінним механізмом, в результаті чого молекули адсорбата досить міцно зв’язуються з поверхнею. Реалізація електростатичної взаємодії між аміносилохромом та дезоксирибонуклеїновою кислотою дозволяє певним чином стабілізувати структуру ДНК, створюючи можливість подальшої взаємодії шляхом інтеркаляції біологічно активних речовин. Це дозволить використовувати такі органо-мінеральні системи як біосумісні носії та як модельні структури в біотехнологічних, медичних, каталітичних дослідженнях.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
1. Seeman N.C. Nucleic acid junctions and lattices. J. Theor. Biol. 1982. 99(2): 237. https://doi.org/10.1016/0022-5193(82)90002-9
2. Dietz H., Douglas S.M., Shih W.M. Folding DNA into Twisted and Curved Nanoscale Shapes. Science. 2009. 325(5941): 725. https://doi.org/10.1126/science.1174251
3. Han D., Pal S., Nangreave J., Deng Z., Liu Y., Yan H. DNA Origami with Complex Curvatures in Three-Dimensional Space. Science. 2011. 332(6027): 342. https://doi.org/10.1126/science.1202998
4. Rothemund P.W.K. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature. 2006. 440(7082): 297. https://doi.org/10.1038/nature04586
5. Linko V., Ora A., Kostiainen M.A. DNA nanostructures as smart drug-delivery vehicles and molecular devices. Trends Biotechnol. 2015. 33(10): 586. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2015.08.001
6. Yang H., Feng Q. Direct synthesis of pore-expanded amino-functionalized mesoporous silicas with dimethyldecylamine and the effect of expander dosage on their characterization and decolorization of sulphonated azo dyes. Microporous Mesoporous Mater. 2010. 135(1-3): 124. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2010.06.019
7. Yang H., Feng Q. Characterization of pore-expanded amino-functionalized mesoporous silicas directly synthesized with dimethyldecylamine and its application for decolorization of sulphonated azo dyes. J. Hazard. Mater. 2010. 180(1-3): 106. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.03.116
8. Andrzejewska A., Krysztafkiewicz A., Jesionowski T. Treatment of textile dye wastewater using modified silica. Dyes Pigm. 2007. 75(1): 116. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2006.05.027
9. Joo J.B., Park J., Yi J. Preparation of polyelectrolyte-functionalized mesoporous silicas for the selective adsorption of anionic dye in an aqueous solution. J. Hazard. Mater. 2009. 168(1): 102. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.02.015
10. Asouhidou D.D., Triantafyllidis K.S., Lazaridis N.K., Matis K.A. Adsorption of Remazol Red 3BS from aqueous solutions using APTES- and cyclodextrinmodified HMS-type mesoporous silicas. Colloids Surf., A. 2009. 346(1-3): 83. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.05.029
11. Mahmoodi N.M., Khorramfar S., Najafi F. Amine-functionalized silica nanoparticle: Preparation, characterization and anionic dye removal ability. Desalination. 2011. 279(1-3): 61. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.05.059
12. Cestari A.R., Vieira E.F.S., Vieira G.S., Almeida L.E. The removal of anionic dyes from aqueous solutions in the presence of anionic surfactant using aminopropylsilica - a kinetic study. J. Hazard. Mater. 2006. 138(1): 133. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.05.046
13. Donia A.M., Atia A.A., Al-amrani W.A., El-Nahas A.M. Effect of structural properties of acid dyes on their adsorption behaviour from aqueous solutions by amine modified silica. J. Hazard. Mater. 2009. 161(2-3): 1544. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.05.042
14. Cestari A.R., Vieira E.F.S., Vieira G.S., Da Costa L.P, Tavares A.M.G., Loh W., Airoldi C. The removal of reactive dyes from aqueous solutions using chemically modified mesoporous silica in the presence of anionic surfactant - the temperature dependence and a thermodynamic multivariate analysis. J. Hazard. Mater. 2009. 161(1): 307. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.03.091
15. Pavan F.A., Dias S.L.P., Lima E.C., Benvenutti E.V. Removal of Congo red from aqueous solution by anilinepropylsilica xerogel. Dyes Pigm. 2008. 76(1): 64. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2006.08.027
16. Fang Y., Huang X-J., Chen P-C, Xu Z-K. Polymer materials for enzyme immobilization and their application in bioreactors. BMB Reports. 2011. 44(2): 87. https://doi.org/10.5483/BMBRep.2011.44.2.87
17. Karimi M., Chaudhury I., Jianjun C., Safari M., Sadeghi R., Habibi-Rezaei M., Kokini J. Immobilization of endo-inulinase on non-porous amino functionalized silica nanoparticles. J. Mol. Catal. B: Enzym. 2014. 104: 48. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2014.01.025
18. Orçaire O., Buisson P., Pierre A.C. Application of silica aerogel encapsulated lipases in the synthesis of biodiesel by transesterification reactions. J. Mol. Catal. B: Enzym. 2006. 42(3-4): 106. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2006.08.002
19. Chen Z., Hsu F.-C., Battigelli D., Chang H.-C. Capture and release of viruses using amino-functionalized silica particles. Anal. Chim. Acta. 2006. 569(1-2): 76. https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.03.103
20. Carré A., Lacarrière V., Birch W. Molecular interactions between DNA and an aminated glass substrate. J. Colloid Interface Sci. 2003. 260(1): 49. https://doi.org/10.1016/S0021-9797(02)00147-9
21. Balladur V.V., Theretz A., Mandrand B. Determination of the Main Forces Driving DNA Oligonucleotide Adsorption onto Aminated Silica Wafers. J. Colloid Interface Sci. 1997. 194(2): 408. https://doi.org/10.1006/jcis.1997.5123
22. Tuite E., Kelly J.M. The Interaction of Methylene Blue, Azure B, and Thionine with DNA: Formation of Complexes with Polynucleotides and Mononucleotides as Model Systems. Biopolymers. 1995. 35(5): 419. https://doi.org/10.1002/bip.360350502
23. Aslanoglu M. Electrochemical and spectroscopic studies of the interaction of proflavine with DNA. Anal. Sci. 2006. 22(3): 439. https://doi.org/10.2116/analsci.22.439
24. Bereznyak E.G., Gladkovskaya N.A., Khrebtova A.S., Dukhopelnikov E.V., Zinchenko A.V. Peculiarities of DNA-Proflavine Binding under Different Concentration Ratios. Biophysics. 2009. 54(5): 574. https://doi.org/10.1134/S0006350909050030
25. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. 2015. 87(9-10): 1051. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
26. Vlasova N.N. Adsorption of amino acids on the surface of cerium dioxide. Colloid. J. 2016. 78(6): 700. [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S1061933X16060181
27. Saenger W. Principles of nucleic acids structure. (Advansed texts in chemistry series. New York: Springer-Verlag, 1983). https://doi.org/10.1007/978-1-4612-5190-3
28. Lehninger A. Biochemistry: the molecular basis of cell structure and function. (New York: Worth Publishers, Inc., 1972).
29. Thaplyal P., Bevilacqua P.C. Chapter Nine - Experimental Approaches for Measuring pKa's in RNA and DNA. Methods Enzymol. 2014. 549: 189. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801122-5.00009-X
30. Suzuki H., Amano T., Toyooka T. Preparation of DNA-adsorbed TiO2 particles with high performance for purification of chemical pollutants. Environ. Sci. Technol. 2008. 42(21): 8076. https://doi.org/10.1021/es800948d
31. Abu-Salah Kh.M., Ansari A.A., Alrokayan S.A. DNA-Based Applications in Nanobiotechnology. J. Biomed. Biotechnol. 2010. 2010: 715295. https://doi.org/10.1155/2010/715295
32. Sun Y., Kiang C-H. DNA-based artificial nanostructures: Fabrication, properties, and applications. In: Handbook of Nanostructured Biomaterials and Their Applications in Nanobiotechnology. (American Scientific Publishers, 2005).
33. Pautler R., Kelly E.Y., Huang P-J. J., Cao J., Liu B., Liu J. Attaching DNA to nanoceria: regulating oxidase activity and fluorescence quenching. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013. 5(15): 6820. https://doi.org/10.1021/am4018863
34. Langmuir I. The constitution and fundamental properties of solids and liquids. J. Am. Chem. Soc. 1916. 38(11): 2221. https://doi.org/10.1021/ja02268a002
35. Freundlich H.M.F. Űber die Adsorption in Lösungen. Z. Phys. Chem. 1906. 57: 385. https://doi.org/10.1515/zpch-1907-5723
36. Dubinin M.M., Radushkevich L.V. On the equation of the characteristic curve for active coals. Proceedings of the USSR Academy of Sciences. 1947. 55: 331.
37. Hall K.R., Eagleton L.C., Acrivos A., Vermeulen T. Pore and solid diffusion kinetics in fixed-bed adsorption under constant pattern conditions. Ind. Eng. Chem. Fundam. 1966. 5(2): 212. https://doi.org/10.1021/i160018a011
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp16.02.191
Copyright (©) 2025 O. V. Markitan, R. B. Kozakevych, D. S. Kamenskyh, V. A. Tertykh
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.