Анотація до роботи:

Лосицький М.Ю. Спектральні прояви взаємодії ціанінових барвників у водних розчинах та на поверхні ДНК. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005.

Дисертацію присвячено експериментальному дослідженню спектральними методами процесів агрегації низки ціанінових барвників у водних розчинах, а також процесів утворення зв'язаних з ДНК агрегатів цих барвників. Встановлено, що довгохвильова флюоресценція досліджуваних монометинових ціанінових барвників у водних розчинах, а також у присутності ДНК належить H-агрегатам цих барвників. Утворення агрегатів H-типу досліджуваних монометинціанінових барвників у присутності ДНК відбувається шляхом взаємодії незв’язаної молекули барвника з іншою, що вже зв’язалась з ДНК у вигляді мономера. Виявлено, що триметинціаніновий барвник Cyan iPr селективно утворює в борозенці AT-ділянок ДНК J-агрегати, у спектрах поглинання яких проявляється давидівське розщеплення. Дослідженням спектрів поглинання, флюоресценції та поляризації флюоресценції показано, що результати, отримані для J-агрегатів Cyan iPr, узгоджуються з моделлю Каша для електронних енергетичних рівнів агрегатів спіральної форми.

Методами спектрофотометрії та флюорометрії вперше досліджено процеси утворення агрегатів низки ціанінових барвників у водному розчині та в присутності ДНК. Зроблено висновки про просторову будову агергатів, структуру їх електронних рівнів та процеси переходу між ними.

1. Доведено, що довгохвильова флюоресценція ціанінових барвників TO, Cyan 13 та Cyan 40 у водних розчинах зумовлена їхніми H-агрегатами. Висловлено припущення про те, що завеликий як для ціанінових барвників Стоксів зсув для H-агрегатів пов’язаний з процесами перебудови агрегатів в збудженому електронному стані.

2. Встановлено, що на ДНК барвники TO, Cyan 13 та Cyan 40 утворюють агрегати H-типу. Вони утворюються через взаємодію незв’язаних молекул барвника зі зв’язаними з ДНК у вигляді мономера.

3. Виявлено, що триметинціаніновий барвник Cyan iPr селективно утворює в борозенці AT-ділянок ДНК J-агрегати, у спектрах електронного поглинання яких проявляється давидівське розщеплення енергетичних рівнів. Показано, що спектральні прояви цих J-агрегатів узгоджуються з моделлю Каша для енергетичних рівнів агрегатів спіральної форми.

4. Результати досліджень можуть бути використані та вже застосовуються для розробки новітніх методів детекції ДНК флюоресцентними зондами, зокрема при встановленні оптимальних концентрацій зондів, а також для специфічної детекції ділянок ДНК, збагачених на АТ-пари.

ПОДЯКА

Автор висловлює щиру подяку кандидату хімічних наук Ярмолюку С.М. (Інститут молекулярної біології і генетики НАН України) за люб’язно надані барвники та цінні консультації з хімічних і біологічних аспектів роботи.

Перелік цитованої літератури

1. Ohulchanskyy T.Y., Pudavar H.E., Yarmoluk S.M., Yashchuk V.M., Bergey E.J, Prasad P.N. A monomethine cyanine dye Cyan 40 for two-photon excited fluorescence detection of nucleic acids and their visualization in live cells // Photochemistry and Photobiology. – 2003. – Vol.77, №2. – P.138-145.

2. Nygren J., Svanvik N., Kubista M. The Interactions Between the Fluorescent Dye Thiazole Orange and DNA // Biopolymers. – 1998. – Vol.46. – P.39-51.

3. Herz A.H. Dye-Dye Interactions of Cyanines in Solution and at AgBr Surfaces // Photographic Science and Engeneering. – 1974. – Vol.18, №3. – P.323-335.

4. Поуп М., Свенберг Ч. Электронные процессы в органических кристаллах. – М.: Мир, 1985. – Т.1. – 543 с.

5. Kumar C.V., Turner R.S., Asuncion E.H. Groove binding of a styrylcyanine dye to the DNA double helix: the salt effect // Journal of Photochemistry and Photobiology A. – 1993. – Vol.74. – P. 231-238.

6. Kasha M. Energy transfer mechanisms and the molecular exciton model for molecular aggregates // Radiation Research. – 1963. – Vol.20. – P.55-71.

7. Малышев В.А. Длина локализации одномерного экситона и температурная зависимость излучательного времени жизни замороженных растворов красителей с J-агрегатами // Оптика и cпектроскопия. – 1991. – Т.71, №6. – С.873-875.

8. Bakalis L.D., Knoester J. Linear absorption as a tool to measure the exciton delocalization length in molecular assemblies // Journal of Luminescence. – 2000. –Vol.87-89. – P.66-70.

Публікації автора:

1. Ogul’chansky T.Yu., Yashchuk V.M., Losytskyy M.Yu., Kocheshev I.O., Yarmoluk S.M. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XVII. Towards an aggregation of cyanine dyes in solutions as a factor facilitating nucleic acid detection // Spectrochimica Acta Part A. – 2000. – Vol.56, №4. – P.805-814.

2. Огульчанський Т.Ю., Ящук В.М., Ярмолюк С.М., Лосицький М.Ю. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 14. Спектральні особливості деяких монометинових бензотіазолових ціанінових барвників та їхньої взаємодії з ДНК // Біополімери і клітина. – 2000. – Т.16, №5. – С.345-355.

3. Лукашов С.С., Лосицький М.Ю., Сломінський Ю.Л., Ярмолюк С.М. Взаємодія ціанінових барвників з нуклеїновими кислотами. 7. Карбоціанінові барвники, заміщені в поліметиновому ланцюзі, як можливі зонди для флюоресцентної детекції нуклеїнових кислот // Біополімери і клітина. – 2001. – Т.17, №2. – С.169-177.

4. Ogul'chansky T.Yu., Losytskyy M.Yu., Kovalska V.B., Yashchuk V.M., Yarmoluk S.M. Interactions of cyanine dyes with nucleic acids. XXIV. Aggregation of monomethine cyanine dyes in presence of DNA and its manifestation in absorption and fluorescence spectra // Spectrochimica Acta Part A. – 2001. – Vol.57, №7. – P.1525-1532.

5. Ogulchansky T.Yu., Losytskyy M.Yu., Kovalska V.B., Lukashov S.S., Yashchuk V.M. , Yarmoluk S.M. Interaction of cyanine dyes with nucleic acids. XVIII. Formation of the carbocyanine dye J-aggregates in nucleic acid grooves // Spectrochimica Acta Part A. – 2001. – Vol.57, №13. – P.2705-2715.

6. Yarmoluk S.M., Losytskyy M.Yu., Yashchuk V.M. Nonradiative deactivation of the electronic excitation energy in cyanine dyes: influence of binding to DNA // Journal of Photochemistry and Photobiology B. – 2002. – Vol.67, №1. – P.57-63.

7. Losytskyy M.Yu., Yashchuk V.M., Lukashov S.S., Yarmoluk S.M. Davydov Splitting in Spectra of Cyanine Dye J-Aggregates, Formed on the Polynucleotide // Journal of Fluorescence. – 2002. – Vol.12, №1. – P.109-112.

8. Losytskyy M.Yu., Yashchuk V.M., Yarmoluk S.M. The Electronic Transitions in the Cyanine Dye J-Aggregates, Formed on the Poly(dA)-Poly(dT) Polynucleotide // Molecular Crystals and Liquid Crystals. – 2002. – Vol.385. – P.27-32.

9. Ogul’chansky T.Yu., Yarmoluk S.M., Yashchuk V.M., Losytskyy M.Yu. The spectral response on DNA interaction with some monomethyne cyanine dyes // Spectroscopy of Biological Molecules: New Directions. – Dordrecht/Boston/London: Kluwer academic publishers, 1999. – P.309-310.

10. Losytskyy M.Yu., Yarmoluk S.M., Yashchuk V.M., Ogul'chanskyy T.Yu., Lukashov S.S. Davydov Splitting in Spectra of Cyanine Dye J-Aggregates, Formed on the Polynucleotide // International Young Scientists Conference “Scientific Problems in Optics in XXI Century”, Abstracts book. – Kyiv, 2000. – P.43-44.

11. Losytskyy M.Yu., Yarmoluk S.M., Yashchuk V.M., Ogul'chanskyy T.Yu., Lukashov S.S. Davydov Splitting in Spectra of Cyanine Dye J-Aggregates, Formed on the Polynucleotide // 7^th Conference of Methods and Applications of Fluorescence: Spectroscopy, Imaging and Probes, Book of Abstracts. – Amsterdam (The Netherlands), 2001. – P.122.

12. Losytskyy M.Yu., Yashchuk V.M., Yarmoluk S.M., Ogul'chanskyy T.Yu., Lukashov S.S. The Cyanine Dye J-Aggregates, Formed on the Polynucleotide // 4^th International Conference on Electronic Processes in Organic Materials, Abstracts book. – Lviv, 2002. – P. 94-95.

13. Losytskyy M.Yu., Yashchuk V.M., Yarmoluk S.M., Malyukin Yu.V., Pogrebnjak M.L. Study of the geometry structure and excitation delocalization size of cyanine dye J-aggregates formed on polynucleotide // 5^th International Conference on Electronic Processes in Organic Materials, Abstracts book. – Kyiv, 2004. – P.135.