The Influence of Mismatches on Long-Distance Charge Transport through DNA

Giese, Bernd; Wessely, Stefan

doi:10.1002/1521-3773(20001002)39:19<3490::aid-anie3490>3.0.co;2-s

Cited by 73 publications

(106 citation statements)

References 17 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…6). A kinetic analysis has been developed that permits characterization of the distance dependence of radical-cation migration with the dimensionless parameter k ratio , which is equal to k hop ͞k trap (35,36). The slope of the semilog plot for DNA-1͞DNA-2 reveals that, in this case, k ratio ϭ 15, which indicates that hopping of the radical cation from site-to-site is 15 times faster than its irreversible consumption.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Effect of condensate formation on long-distance radical cation migration in DNA

Das

Schuster

2005

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

View full text Add to dashboard Cite

Long-distance radical cation transport was studied in DNA condensates. Linearized pUC19 plasmid was ligated to an oligomer containing a covalently linked anthraquinone group and six regularly spaced GG steps, which serve as traps for the migrating radical cation. Treatment of the linear, ligated plasmid with spermidine results in formation of condensates that were detected by light scattering and observed by transmission electron microscopy. Irradiation of the anthraquinone group in the condensate causes long-distance charge migration, which is detected by reaction at the remote guanines. The efficiency of charge migration in the condensate is significantly less than it is for the corresponding oligomer in solution. This result is attributed to a lower mobility for the migrating radical cation in the condensate, which is caused by inhibited formation of charge-transfer-effective states.charge transfer ͉ oxidative damage I t is well known that DNA is damaged by reactive chemical species. Extensive studies have shown that the one-electron oxidation of an oligonucleotide in solution creates a nucleobase radical cation (electron ''hole'') that may migrate hundreds of angstroms through duplex DNA before it is irreversibly trapped by reaction with H 2 O or O 2 (1-3). Trapping occurs most commonly at a guanine, because it is the base with the lowest ionization potential (4), and this reaction leads to mutagenic products such as 8-oxoguanine (5-8). DNA within cells is tightly packed and does not closely resemble oligonucleotides in solution. An examination of radical-cation hopping through DNA in loosely organized nucleosome core particles showed that histone binding does not affect the pattern and extent of oxidation (9). However, it is not known how the long-distance radical-cation migration that is observed in oligonucleotides is affected by conversion of the DNA to a well ordered structure. We began the systematic investigation of this question by examining the reactions of radical cations that were specifically introduced into DNA condensates.Multivalent cations like spermine or spermidine and proteins such as polylysine initiate DNA condensation (10-14). DNA condensates are nanometer-scale particles formed by the collapse of extended DNA chains into compact, ordered structures containing a small number of molecules (15, 16). These structures are recognized as models that are useful for studying gene packing in viruses, bacteria, and eukaryotic cells (17).We prepared condensates formed from the linearized pUC19 plasmid (which contains 2,686 bp) that had been ligated to an oligonucleotide containing a covalently linked anthraquinone (AQ) group (for photoinitiated introduction of a radical cation) and a series of regularly spaced GG steps (as traps for the radical cation) (Fig. 1) (18). Dynamic light-scattering results and examination by transmission electron microscopy (TEM) shows that the ligated DNA sample is converted into condensates by the addition of spermidine. The condensates were irradiated with UV light (t...

show abstract

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Effect of condensate formation on long-distance radical cation migration in DNA

Das

Schuster

2005

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…We have observed a similar situation in electron hole processes through DNA, but in double-stranded DNA the proton remains H-bridged in the base-paired biopolymer. [9] Trapping of the proton within peptides is also possible if appropriate H-acceptors are situated nearby.…”

Section: Relay Amino Acidsmentioning

confidence: 99%

The Search for Relay Stations. Long-distance Electron Transfer in Peptides

Giese

Kracht

Cordes

2013

Chimia

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Это приводит к необходимости разработки теории, которая предсказывает распределение катион-радикалов вдоль дуплекса в процессе их миграции по ДНК. В экспериментах [21][22][23][24][25] и [19,20] по миграции катион-радикалов (дырок) G + в находящейся в растворителе ДНК заряд может быть обнаружен вследствие захвата G + нуклеофильными молекулами воды, который приводит к распределению заселенностей PG, PGG, PGGG в продуктах разрезанных цепочек в различных позициях радиомеченной цепи. Основное предположение, которое мы будем использовать при объяснении совокупности экспериментов [19][20][21][22][23][24][25], состоит в том, что вследствие медленности реакции между G + и водой катион-радикалы долгое время не захватываются окружающей средой и совершают множественные обратимые прыжки, что приводит к динамически равновесному распределению положительного заряда по сайтам ДНК.…”

Section: ключевые слова: холстейновский гамильтониан дырка сольватацияunclassified

On the Possibility of Superfast Charge Transfer in DNA

Лахно¹

2009

Math.Biol.Bioinf.

View full text Add to dashboard Cite

Аннотация. Многочисленные эксперименты по переносу заряда в ДНК приводят к противоречивой картине переноса: с одной стороны, они приводят к выводу, что процесс является очень медленным, а переносимый заряд почти полностью локализован на одной Уотсон-Криковской паре, и с другой стороны, они свидетельствуют о том, что перенос возможен на очень большое расстояние. Для объяснения этого противоречия нами вводится представление о возможности сверхбыстрых переходов заряда между парами оснований на отдельных фрагментах ДНК, приводящих к установлению квазиравновесного распределения заряда на временах, меньших времени сольватации заряда. Другими словами, мы постулируем такие состояния безотносительно к природе механизма, обуславливающего их установление: прыжковый механизм, зонный механизм, суперобмен, поляронный механизм и т.д., оставляя в стороне споры о преимуществе того или иного механизма. Обсуждаются качественные отличия переноса заряда в сухой ДНК и ДНК в растворе. В растворе определяющую роль для переноса заряда играет его сольватация, которая уменьшает скорость переноса в 10 7 ÷10 8 раз по сравнению с сухой ДНК. Обсуждаются условия, когда возможен сверхбыстрый перенос заряда в ДНК, приводящий к квазиравновесным распределениям зарядовой плотности в дуплексе. Сравнение рассчитанных квазиравновесных распределений с экспериментом свидетельствует о возможности сверхбыстрых туннельных переходов дырки в дуплексе ДНК в растворе. Ключевые слова: холстейновский гамильтониан, дырка, сольватацияВот уже 15 лет не утихает дискуссия о возможности переноса заряда в ДНК на большое расстояние. В настоящее время не вызывает сомнения, что этот перенос возможен. Это доказывается множеством экспериментов по переносу заряда в ДНК, выполненных в последние полтора десятка лет [1]. Неясным, однако, остается сам механизм такого переноса. Актуальность выяснения механизма переноса обусловлена не только общебиологической значимостью этого вопроса, поскольку этот вопрос ассоциируется с разрушительными, мутационными и восстановительными процессами в ДНК [2][3][4][5]. В настоящее время ДНК рассматривается в качестве основы для создания элементов схемотехники нанобиоэлектронных устройств [6,7]. В отсутствие растворителя, в сухих условиях, характерных для предлагаемых нанобиоэлектронных устройств, возможные механизмы переноса заряда включают: поляронный или солитонный транспорт [8][9][10], прыжковый механизм [11,12], зонный электронный или дырочный [13,14], комбинированный прыжково-суперобменный механизм [15].Подавляющее большинство экспериментов по переносу заряда в ДНК делается в растворе, когда становится важным учет вклада растворителя. В недавних работах [16,17] было показано, что эффект сольватации приводит к сильной локализации заряда на отдельной нуклеотидной паре, что исключает зонный механизм * lak@impb.psn.ru

show abstract

The Influence of Mismatches on Long-Distance Charge Transport through DNA

Cited by 73 publications

References 17 publications

Effect of condensate formation on long-distance radical cation migration in DNA

Effect of condensate formation on long-distance radical cation migration in DNA

The Search for Relay Stations. Long-distance Electron Transfer in Peptides

On the Possibility of Superfast Charge Transfer in DNA

Contact Info

Product

Resources

About