Detection of the interaction of new flavonoid derivatives with dsDNA by analytical methods
Yeni flavonoid türevlerinin dsDNA ile etkileşiminin analitik yöntemler ile tespiti
- Tez No: 665215
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEGÜL GÖLCÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Flavonoidler kimya ve farmakolojide önemli bir yere sahiptir. Antioksidan özelliklerinin ve diğer biyolojik aktivitelerinin önemi nedeniyle, flavonoller (3-hidroksiflavonlar) en çok çalışılan flavonoid alt gruplarından biridir. Neredeyse hiç insan toksisitesi olmayan yaygın bir flavonol olan kuarsetin (3,3′,4′,5,7-pentahidroksiflavon), yüzlerce bilimsel çalışmanın konusu olmuştur. Özellikle kuersetin olmak üzere çeşitli flavonoidler, nükleik asit yapıları ile moleküler kompleksler oluşturma potansiyeline sahiptir ve son zamanlarda ileriye dönük klinik ve farmakolojik kullanımları nedeniyle dikkatleri üzerine çekmiştir. Polifenolik bir flavonoid olan kuersetin, çeşitli sebzeler, meyveler, tahıllar, çay vb. insan beslenmesinde yaygın olarak bulunur. Güçlü antioksidan olan flavonoidler, DNA hasarını önler ve antikanser, antienflamatuvar ve antiviral aktiviteler dahil olmak üzere farmakolojik etkilere sahiptirler. Bu biyolojik eylemler, eylem mekanizmalarıyla ilgilidir. Daha iyi farmasötik bileşikler tasarlamak için DNA bağlanma çalışmaları oldukça büyük bir öneme sahiptir. DNA, çok çeşitli terapötik ajanlar için ana hedeftir. Bu nedenle, küçük molekülleri DNA ile bağlama çalışmalarına büyük ilgi vardır. Küçük moleküllerin DNA ile etkileşimi, rasyonel ilaç tasarımında ve gelişmiş seçici aktivite ve daha yüksek klinik etkinliğe sahip yeni ve geliştirilmiş ilaçların sentezinde yapısal bir kılavuz sağlar. Yeni sentezlenen, küçük moleküler ağırlığa sahip ilaç adayı moleküller, dolaylı olarak DNA ile etkileşim yeteneğine sahip olsalar da, bunu yerine getiren mekanizmaların net olarak bilinmesi gerekmektedir. Kovalent bağ yapmayan küçük moleküller ile DNA arasındaki bağlantı modu interkalasyon, oluk bağlama ve elektrostatik harici (sarmalın dışında) bağlama olmak üzere toplam üç grup altında incelenir. Küçük moleküllerin yapıya gömülü olduğu interkalatif bağlanma DNA'nın çoğalmasını ve doğrudan DNA'nın transkripsiyonunu inhibe eder. İnterkalasyon modu ile bağlanan küçük moleküller DNA'da yapısal değişikliklere neden olurlar. Bazı küçük moleküller ise van der Walls etkileşimi ve hidrojen bağı ile DNA'nın küçük oluğuna bağlanır. Bu şekilde bağlanan küçük moleküller genellikle çeşitli aromatik halkalara sahiptir. Örnek olarak; pirol, benzen veya furan verilebilir. Ayrıca, genellikle adenin N3 ve timin O2 üzerinden hidrojen bağları oluşturabilirler. Oluk bağlayıcı moleküller çoğunlukla adenin-timin (AT) açısından zengin dizilere özgüdür. Oluk bağlayıcı moleküller, interkalasyon yoluyla bağlanan moleküller ile kıyaslandığında, DNA yapısında önemli bir değişikliğe neden olmadığı görülür. Bileşikler, DNA'nın şeker-fosfat omurgası ile etkileşime girdiğinde, elektrostatik dış bağlanma oluşur. Elektrostatik bağlanma genellikle interkalasyon ve oluk bağlama stabilizasyonunda önemli bir rol oynar. Küçük moleküllerin DNA etkileşimi ile bağlanmasını araştırmak için çeşitli teknikler kullanılır. Bunlardan bazıları; kızılötesi (IR), raman, dairesel dikroizm, UV-Görünür, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopileri, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), elektroforez, kütle spektrometresi, viskozite ölçümleri, termal denatürasyon çalışmaları ve voltametridir. Bu teknikler, küçük moleküllü DNA kompleksinin doğası ve etkileşimlerin DNA yapısı üzerindeki etkilerini karakterize etmek için kullanılan önemli araçlardır. Bu çalışmada, balık spermi çift sarmal deoksiribonükleik asit (dsDNA) ile kuersetin (QCR) ve onun iki yeni sülfonat türevi olan kuersetin mesilat (QMS) ve kuersetin tosilatın (QTS-A) bağlanma mekanizması araştırılmıştır. Moleküller ve dsDNA arasındaki etkileşimi araştırmak için DNA etkileşim çalışmalarında en çok tercih edilen analitik (spektrofotometrik, viskozimetrik ve elektrokimyasal) yöntemlerle çalışılmıştır. dsDNA ve iki yeni kuersetin türevinin etkileşimi, kuersetin standardının etkileşimi ile karşılaştırılmıştır. Çalışma sonunda, QCR, QMS ve QTS-A için deneysel olarak belirlenen etkileşim türü sonuçları, teorik sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Maddelerin dsDNA ile bağlanma türlerinin belirlenmesi amacıyla, UV absorpsiyon spektroskopisi, termal denatürasyon, floresans ve FTIR spektroskopisi dahil birden çok spektroskopik teknik, ayrıca elektrokimyasal ve viskozite ölçüm yöntemleri kullanılmıştır. Basit ve en yaygın teknik olan UV-Vis spektrofotometri, değişken DNA konsantrasyonlarının varlığında flavonoid-dsDNA komplekslerinin etkileşimlerini gözlemlemeyi sağlamış ve flavonoidlerin dsDNA'ya bağlanma sabitlerinin (Kb) değerlerini vermiştir. Bu absorpsiyon çalışmaları, ilgili flavonoidlerin dsDNA'ya bağlanabileceğini göstermiş ve bağlanma türü hakkında bilgi sağlamıştır. Termal denatürasyon çalışmalarında, dsDNA sarmalının kararlılığı için aşırı derecede önemli bir parametre olan erime sıcaklığı (Tm) her madde için ayrı olarak gerçekleştirilen dsDNA ile etkileşim sonrası belirlenmiştir. Bileşiklerin dsDNA'ya bağlanma afinitesine bağlı olarak, Tm değerinde gerçekleşen değişimler belirlenmiştir. Floresan söndürme çalışmaları, QCR, QMS ve QTS-A'nın dsDNA'ya etkileşim modları hakkında daha fazla bilgi sağlamıştır. Bağlanma sabitleri hesaplanmış ve etkileşimler floresan söndürme ile açıklanmıştır. Küçük moleküller ve dsDNA arasındaki bağlanma modunu belirlemek için doğru ve etkili bir yöntem olan viskozite ölçümlerinde, QCR'nin dsDNA'nın relatif viskozitesini arttırdığı, diğer maddelerin (QMS ve QTS-A) ise belirgin bir değişikliğe neden olmadığı gözlenmiştir. Klasik bir interkalatif bağlanma modunun, DNA viskozitesinde önemli bir artışa neden olduğu yaygın olarak belirtilmektedir. Bunun nedeni, interkalatif etkileşimin komşu baz çiftlerinin boşluğunun, bağlı küçük molekülleri barındıracak ve çift sarmalı uzatacak kadar geniş olmasına izin vermesidir. Bununla birlikte, elektrostatik veya oluk bağlama için DNA'nın viskozitesi üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Ek olarak, QCR, QMS ve QTS-A' nın dsDNA ile etkileşimi, fizyolojik pH'ta camsı karbon elektrot kullanılarak döngüsel voltametri çalışmaları ile de analiz edilmiş ve flavonoidlerin DNA'ya bağlanma sabiti (Kb) hesaplanmıştır. Ayrıca, QCR'nin voltametrik davranışı (elektroaktif gruplara (-OH gibi) sahip olduğundan), farklı tarama hızlarında döngüsel voltametri kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen tüm deneysel sonuçlara göre, QCR, QMS ve QTS-A için hesaplanan Kb sabitleri tüm tekniklerle uyum içerisindedir. Bu çalışmalara ek olarak, dsDNA yokluğunda ve varlığında her bileşik için FT-IR spektrumları elde edilmiştir. İncelenen bileşikler ile dsDNA arasındaki etkileşimleri analiz etmek için yapılan moleküler yerleştirme hesaplamaları ve moleküler dinamik simülasyonlar incelenmiş ve yapılan deneysel çalışmalar ile uyumlu olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, QCR'nin DNA ile interkalasyon yoluyla etkileştiği ve QMS ve QTS-A' nın ise minör oluk bağlamayı tercih ettiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Flavonoids have an important place in chemistry and pharmacology. Several flavonoids, especially quercetin, have the potential to form molecular complexes with nucleic acid structure and have recently attracted attention due to their prospective clinical and pharmacological uses. Quercetin (QCR), a polyphenolic flavonoid, exists commonly in the human diet such as various vegetables, fruits, grains, tea, etc. Flavonoids that are strong antioxidants prevent DNA damage and possess pharmacological effects including anticancer, anti-inflammatory, and antiviral activities. These biological actions are related to their mechanism of action. To design better pharmaceutical compounds, DNA binding studies are extremely crucial. In this study, the mechanism of fish sperm double strain deoxyribonucleic acid (dsDNA) binding with QCR and its two novel sulfonate derivatives; quercetin mesylate (QMS) and quercetin tosylate-A (QTS-A) were researched. For investigating the interaction between the molecules and dsDNA was studied by analytical (spectrophotometric, viscosimetric, and electrochemical) methods. The interaction of dsDNA and two quercetin sulfonate derivatives were compared with the interaction of quercetin standard. Multi spectroscopic techniques including UV absorption spectroscopy, thermal denaturation, fluorescence and FTIR spectroscopy, electrochemical, and viscosity measurement methods were used for this purpose. UV–Vis spectrophotometry which is a simple and most common technique enabled to observe interactions with flavonoid-DNA complexes in the presence of variables dsDNA concentrations and provided the values of the binding constants (Kb) of flavonoids to dsDNA. These absorption studies demonstrated these flavonoids could bind to dsDNA. In thermal denaturation studies, the melting temperature (Tm), which is an extremely important parameter for the stability of the dsDNA strand, was determined after interaction with dsDNA performed separately for each substance. Fluorescence quenching studies provided further insights about interaction modes of QCR, QMS, and QTS-A to dsDNA. Binding constants were calculated and the interactions explained with fluorescence quenching. The effects of substances on the relative viscosity of dsDNA were investigated in viscosity measurements, which is an accurate and effective method to determine the binding mode between small molecules and dsDNA. Interaction of QCR, QMS, and QTS-A with dsDNA has been also analyzed by cyclic voltammetry study using glassy carbon electrode at physiological pH and the binding constant (Kb) of flavonoids to dsDNA was determined. The Kb constants calculated for QCR, QMS, and QTS-A are compatible with all techniques. In addition, FT-IR spectra were obtained for each compound in the absence and presence of dsDNA. The results showed that QCR binds to dsDNA via intercalation mode, while QMS and QTS-A bind to dsDNA through minor groove binding mode.
Benzer Tezler
- Phenolic and carotenoid profiles of tomatoes collected from different parts of Turkey and antioxidant properties of dried tomatoes
Türkiye'nin farklı bölgelerinden toplanan domateslerde karotenoid ve fenolik profillerinin belirlenmesi ve kurutulmuş domateslerde antioksidan özelliklerin incelenmesi
SENA BAKIR
Doktora
İngilizce
2021
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
- Antioksidanlara duyarlı soy metal nanoparçacık esaslı yeni sensörler geliştirilmesi
Development of novel noble metal nanoparticle sensors sensitive to antioxidants
NİLAY GÜNGÖR
- Gıda maddelerinin toplam antioksidan kapasitelerinin tayini için yeni bir elektrokimyasal yöntem geliştirilmesi
Development of a novel electrochemical method for determining the total antioxidant capacity of foodstuff
SEFA BAKİ
Doktora
Türkçe
2016
Beslenme ve Diyetetikİstanbul ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZYÜREK
- DNA'nın elektrokimyasal algılamasında kullanılan yeni sensör tasarımları
The Design of new sensor for electrochemical detection of DNA
BESTE GÜLMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Eczacılık ve FarmakolojiEge ÜniversitesiAnalitik Kimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARZUM ERDEM
- Kumarin-pirazolon melez sistemine sahip yeni floresans uçların sentezi, karakterizasyonu, anyonlara ve biyolojik moleküllere karşı ilgilerinin ve sitotoksik etkilerinin belirlenmesi
Synthesis and characterization of new fluorescent probes with coumarin-pyrazolone hybrid system, investigation of the affinity of these molecules for anions and biomolecules and determination of cytotoxic effects
BANU BABÜR