Studio Nmr multinucleare di soluzioni isotrope e anisotrope di Na-Dna in assenza e in presenza di bromuro di etidio

7 Capitolo I - Introduzione Negli ultimi decenni un enorme progresso è stato fatto per la comprensione della natura del DNA. Un numero sempre crescente di dati sono ormai disponibili sulle sequenze dei geni e sulle variazioni genetiche in piante, animali e esseri umani. Per spiegare i vari stadi della funzione biologica, quali gli stadi trascrizionali e post-trascrizionali, i livelli di espressione temporale e spaziale e la dipendenza dell’attività dai fattori ambientali, è stato effettuato un grande numero di investigazioni per lo studio delle proprietà strutturali e dinamiche del DNA. Le interazioni tra i cationi dei metalli alcalini e alcalino terrosi e i siti anionici presenti nel DNA giocano un ruolo importante nel regolare il suo comportamento polielettrolitico e nel determinare la stabilità della doppia elica. Per questa ragione sta ricevendo un crescente interesse lo studio delle interazioni tra il DNA e i suoi controioni in assenza e in presenza di agenti esogeni, quali ioni di metalli di transizione, ioni metallici paramagnetici, molecole organiche cariche e complessi organometallici. Tra le tecniche impiegate per ottenere informazioni sulle interazioni locali di leganti carichi la risonanza magnetica nucleare (NMR) è, senza dubbio, uno dei mezzi più adatti per l’elucidazione delle proprietà conformazionali e dinamiche dei biopolimeri in soluzione. In particolare la spettroscopia NMR quadrupolare di nuclei con spin I > ½ può essere utilizzata per lo studio dell’interazione di controioni e agenti chimici di varia natura con la doppia elica del DNA. Tra queste specie nucleari il 23 Na (I = 3/2) è certamente il più usato, poiché è un controione fisiologico del DNA e le sue proprietà quadrupolari possono essere esaminate sperimentalmente con relativa facilità. Attraverso l’analisi dei parametri di rilassamento quadrupolare è possibile acquisire dettagliate informazioni sulle interazioni elettrostatiche a lungo raggio così come sull’entità di più specifiche interazioni localizzate, definite “ site binding “, e pertanto con questa tecnica possono essere studiate molte delle proprietà polielettrolitiche del DNA e le relative modificazioni indotte dalla presenza di agenti chimici esterni. Le misure dirette delle velocità di rilassamento quadrupolare del 23 Na permettono di estrarre informazioni sull’interazione controione-poliione. Questo è dovuto al fatto che i controioni associati con il polielettrolita sentono gradienti di campo elettrico e fluttuazioni dell’interazione quadrupolare differenti da quelli dei controioni disposti nella fase acquosa lontano dalla superficie del poliione. A differenza dei sistemi isotropi dove l’interazione quadrupolare statica è mediata a zero, nella scala dei tempi NMR, e dà luogo all’osservazione di un singolo segnale NMR per il 23 Na, come nel caso di soluzioni diluite di Na-DNA, nei sistemi anisotropi il segnale NMR é caratterizzato dalla presenza di uno splitting quadrupolare. Le misure dello splitting quadrupolare