|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХАКЛ Олена Василівна
УДК 577.323
ВПЛИВ ІОНІВ МЕТАЛІВ НА СТРУКТУРНІ ПЕРЕХОДИ днк
У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ СПИРТІВ ТА СЕЧОВИНИ
03.00.02 - біофізика
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Харків - 1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у відділі молекулярної біофізики Фізико-технічного інституту низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України.
Науковий керівник:
доктор фізико-математичних наук, професор,
БЛАГОЙ Юрій Павлович,
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б. І. Вєркіна НАН України, завідувач відділу молекулярної біофізики.
Офіційні опоненти:
доктор фізико-математичних наук, професор, Веселков Олексій Никонович, Севастопольський державний технічний університет, директор департаменту фізики та хімії;
кандидат фізико-математичних наук, Больбух Том Вікторович, Інститут радіофізики та електронікі ім. А.Я.Усікова НАН України, старший науковий співробітник відділу біофізики (м. Харків).
Провідна установа:
Інститут фізики НАН України, м. Київ.
Захист відбудеться « 29 » квітня 1999 pоку о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.13 у Харківському державному університеті, 310077, м.Харків, пл. Свободи, 4, ауд. 7-4.
З дисертацією можна ознайомитися у Центральній науковій бібліотеці Харківського державного університету: 310077, м.Харків, пл. Свободи, 4.
Автореферат розісланий « 27 » 03 1999 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Гаташ С. В.
1ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Вивчення взаємодії ДНК з іонами металів має велике значення з точки зору важливої ролі, котру відіграють іони металів в процесі функціонування генетичного апарату in vivo. Разом з водою, іони металів стабілізують структури нуклеїнових кислот, визначають рівновагу між різними формами вторинної та третинної структури. Значення дослідження дії іонів металів на структуру ДНК особливо зростає у зв’язку з екологічним та радіаційним забрудненням довкілля. Крім того, комплекси ДНК з іонами металів можуть правити за модельну систему при вивченні дії цілого ряду лікарських речовин, що сполучаються з нуклеїновими кислотами за катіоним механізмом, на структуру ДНК.
Відомо, що компактизація ДНК є невід’ємною частиною процесу функціонування ДНК in vivo, тому вивчення процесу компактизації викликає великий інтерес з погляду розкриття фізичних механізмів, відповідальних за функціонування біологічних молекул. Проте наявність та механізм компактизації ДНК під дією двовалентних іонів металів у водних розчинах практично не вивчені. Крім того, in vivo ДНК знаходиться в умовах зниженої активності води, які in vitro можуть моделю-ватися шляхом додавання до розчину ДНК менш полярних, ніж вода, розчинників. Тому представляється цікавим вивчити структурні переходи ДНК під дією двовалентних іонів металів у змішаних розчинах, які містять домішки неелектролітів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась у відповідності з планом науково-дослідних робіт відділу молекулярної біофізики Фізико-технічного інституту низьких температур ім. Б.І.Вєркіна НАН України за темою «Дослідження структурних та фізико-хімічних властивостей комплексів нуклеїнових кислот з білками та біологічно активними речовинами» (шифр теми 1.4.10.18.2).
Мета і задачі дослідження. Мета роботи - вивчення структурних переходів ДНК, які відбуваються при взаємодії з іонами Cu2+ та Са2+ у розчинах, та встановлення впливу низки факторів (діелектричної проникності, структури розчину, температури) на структурні переходи ДНК.
У відповідності до вказаної мети завданнями дослідження були:
- вивчити структурні переходи ДНК, що відбуваються при взаємодії з іонами металів різної валентності у водному розчині, методом ІЧ спектроскопії;
- провести порівняльний аналіз впливу речовин, які стабілізують та руйнують структуру води, на Cu2+- та Са2+-індуковану компактизацію ДНК в широкому інтервалі концентрацій неелектролітів та двовалентних іонів металів;
2
- дослідити взаємодію поліфосфатів як модельної системи ДНК з іонами Cu2+ та Са2+ у водному та змішаних розчинах, що містять етанол, 1,2-пропандіол та гліцерин;
- провести аналіз отриманих результатів в рамках теорій конденсації протиіонів та рівноважного зв’язування; обрати модель, що більш адекватно описує взаємодію іонів двовалентних металів з ДНК.
Наукова новизна одержаних результатів.
- в роботі вперше показано, що перехід ДНК у компактну форму може призводити до сильного збільшення інтенсивностей смуг поглинання у ІЧ-спектрі ДНК;
- показана можливість компактизації високомолекулярної ДНК під дією двовалентних іонів металів (Cu2+ та Са2+) у водному розчині при кімнатній температурі. Запропонована модель компактизації, одержані оцінки констант зв’язування та параметрів кооперативності;
- вперше проведено вивчення впливу ряду неелектролітів (етанолу, 1,2-пропандіолу, гліцерину) та температури на компактизацію ДНК у розчині під дією іонів Cu2+ та Са2+ у широкому інтервалі концентрацій неелектролітів (0 ÷ 20 об.%);
- вперше вивчено вплив сечовини на компактизацію ДНК у розчині під дією іонів Cu2+;
- вперше досліджено вплив етанолу, 1,2-пропандіолу та гліцерину на структурні переходи у поліфосфатах під дією іонів Са2+ у змішаних розчинах в інтервалі концентрацій неелектролітів 0 ÷ 15 об.%.
Практичне значення одержаних результатів. Одержані в роботі експериментальні дані про вплив складу розчинника та температури на структурні переходи ДНК під дією іонів металів можуть знайти застосування при розробці та вивченні впливу лікарських речовин, що знаходяться у катіонній формі, на ДНК. Дані про вплив іонів металів на структурні переходи ДНК у розчинах таких кріопротекторів, як 1,2-пропандіол та гліцерин, що широко застосовуються, можуть бути використані у кріобіології при розробці методик зберігання генетичного матеріалу.
Особистий внесок здобувача. В роботах 1,3-5,10-12: аналіз публікацій за темою, отримання експериментальних даних та їх обробка, розрахунки констант зв’язування та параметрів кооперативності, участь у обговоренні результатів та формулюванні висновків. В роботі 2: участь у проведенні вимірювань, участь в обробці та аналізі експериментальних даних та в обговоренні результатів. В роботах 6-9: весь обсяг робіт, пов’язаний з постановкою задачі, аналізом публікацій за темою, отриманням експериментальних даних та їх математичною обробкою, формулюванням висновків.
3
Апробація результатів дисертації. Результати роботи за темою дисертації доповідалися і обговорювалися на 2 національних та 13 міжнародних конференціях: XII школа-семінар «Спектроскопiя молекул та кристалiв» (Ніжин, 1995); II з’їзд українського біофізичного товариства (Харків, Україна, 1998); NATO-ASI Conference «Cytotoxic, Mutagenic and Carcinogenic Potential of Heavy metals Related to Human Environment» (Poland, 1996); 3rd European Conference on Bio-inorganic Chemistry (The Netherlands, 1996); XXIII European Congress on Molecular Spectroscopy (Hungary, 1996); Second International Symposium «Algorithms for Macromolecular Modelling» (Germany, 1997); 2nd European Biophysics Congress (France, 1997); 16th Annual International Meeting of the Molecular Graphics and Modelling society «Model(l)ing '97» (Germany, 1997); 7th European Conference on Spectroscopy of Biological Molecules (Spain, 1997); 6th International Summer School on Biophysics «Supramolecular structure and function» (Croatia, 1997); 7th International Symposium on Macromolecule-Metal Complexes MMC7 (The Netherlands,1997); Summer School «Physics of molecular biology» (Denmark, 1998); XXXIII International conference on coordination chemistry «The Chemistry of Metal Ions in Everyday Life» (Italy, 1998); Conference on Physics of Biological Systems (Ukraine, 1998); NATO-ASI «Metal-Ligand Interactions in Chemistry, Physics and Biology» (Italy, 1998).
Публікації. Результати дисертації опубліковано в 12 наукових працях, у тому числі в 9 статтях та в 1 матеріалах і 2 тезах конференцій.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, висновків і списку використаних літературних джерел (238 найменувань). Повний обсяг дисертації складає 188 сторінок, з них список використаних літературних джерел - 23 стор., ілюстрації - 34 стор.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність обраної теми, сформульовані мета і задачі дослідження, визначена наукова новизна і практична цінність одержаних результатів.
В розділі 1 подано літературний огляд, який охоплює аналіз теоретичних та експериментальних досліджень, що стосуються впливу іон-гідратного оточення на структуру та конформаційні переходи ДНК у розчинах, конденсації ДНК, а також використання методу ІЧ-спектроскопії для вивчення структурних переходів у нуклеїнових кислотах.
В розділі 2 дано характеристику об’єктів та методів досліджень. Об’єктами досліджень були нативна ДНК тимуса теляти з молекулярною вагою 1.9*107 Da, ДНК «Serva» з молекулярною вагою 2×106 Da та поліфосфати Nan+2PnO3n+1 "Sigma" з середньою довжиною ланцюга 65±5 P. Препарати ДНК та поліфосфатів розчиняли в 10-3 або 5×10-3 М
4
какоділатному буфері, рН 7.0. Кінцева концентрація ДНК становила (3.5÷5.5)×10-2 М фосфору.
В роботі використовувались: метод ІЧ-спектроскопії, який дозволяє вивчати утворення комплексів ДНК з іонами металів у розчині та структурні переходи, що можуть відбуватися у макромолекулі в результаті взаємодії з іонами металів; метод світлорозсіювання, який дозволяє реєструвати утворення розсіюваних центрів у розчині та проводити оцінку їх розмірів; метод НВЧ-діелектрометрії, який дає інформацію про рухливість молекул води у змішаних розчинах, що містять домішки неелектролітів.
В розділі 3 представлені результати дослідження взаємодії ДНК з іонами металів різної валентності у водному розчині методами ІЧ-спектроскопії та світлорозсіювання. Показано, що при взаємодії ДНК з іонами Tb3+, Сu2+, Mn2+ та Ca2+, але не з іонами Na+ (до 1.2 М), у розчині відбувається різке збільшення інтенсивності смуг поглинання (СП) як фосфатних груп (мал. 1,2), так і азотистих основ ДНК. Зв’язування цих іонів з ДНК в плівках не призводить до значного збільшення інтенсивності СП. У роботі розглядаються різні можливі причини зростання інтенсивності смуг поглинання у ІЧ спектрах комплексів ДНК-Mt2+. На прикладі комплексів ДНК з іонами Tb3+, які викликають компактизацію ДНК (Tajmir-Riahi, 1993), показано, що причиною зростання інтенсивності смуг поглинання може служити перехід ДНК у компактний стан під дією іонів Mtn+, оскільки зміни в ІЧ-спектрах комплексів ДНК з іонами Tb3+ у водному розчині аналогічні змінам, що відбуваються в ІЧ-спектрах комплексів ДНК з дослідженими двовалентними іонами металів (мал. 1). Утворення компактних розсіюваних часток у розчині при взаємодії ДНК з іонами Mt2+ показано також методом світлорозсіювання - в міру збільшення концентрації іонів Сu2+ оптична густина розчинів ДНК з іонами Сu2+ в області 330-625 нм, в якій відсутні смуги поглинання ДНК, зростає (мал. 3), що свідчить про утворення розсіюваних часток. В області концентрацій іонів Сu2+/Р ~ 0.2÷0.8 відбувається утворення компактних розсіюваних часток ДНК з середнім радіусом ~ 40 нм; в цьому інтервалі концентрацій іонів Сu2+ розміри часток залишаються постійними і збільшення розсіювання іде за рахунок росту кількості розсіюваних центрів. При Сu2+/Ð > 0.8-0.9 відбувається злипання компактних часток у агрегати з розмірами ~ 120-160 нм.
5 Мал. 1. ІЧ спектри ДНК (1 та 1’) та комплексів ДНК з іонами металів у водному розчині в області поглинання фосфатних груп ДНК. Концентрація іонів Mtn+: 2 - 2.6×10-2, 3 - 3.4×10-2, 4 - 9.4×10-4, 5 - 1.7×10-3 M; концентрація ДНК - 1 - 0.05, 1’- 0.036 M фосфору.
Мал. 2. Залежності відносної зміни інтенсивності R смуги поглинання νS від повної концентрації іонів Mtn+ у розчині для комплексів ДНК з іонами Mtn+ у водному розчині. Концентрація ДНК - (3.6÷5)×10-2 М, [Na+]=10-3 M, pH 7, температура 290С.
R = Di/D0, де Di - оптична густина у максимумі смуги поглинання комплексу ДНК з i-тою концентрацією метала, D0 - та ж сама величина для ДНК без іонів дво- або тривалентних металів.
Мал. 3. Залежності оптичної густини розчину ДНК з іонами Cu2+ від хвильового числа. Концентрація ДНК - 3.2×10-3 М, концентрація іонів Cu2+, М:
1 - 0, 3×10-5, 10-4; 2 - 10-3; 3 - 1.2×10-3; 4 - 2×10-3; 5 - 3×10-3; 6 - 4×10-3; 7 - 7×10-3; 8 - 10-2.
Таким чином, збільшення інтенсивності смуг поглинання при зв’язуванні ДНК з іонами Сu2+ в
області концентрацій Сu2+/Ð < 0.7÷0.8 (мал. 2) пов’язано з конденсацією ДНК під дією іонів Сu2+, зменьшення інтенсивності СП при підвищенні концентрації іонів металу пов’язане з агрегацією компактних часток ДНК та частковим осаджуванням ДНК.
Ефективність досліджених іонів в індуціюванні компактизації ДНК, як в області поглинання фосфатних груп, так і азотистих основ, зростає з валентністю іонів ([Tb3+] >> [Cu2+] >> [Mn2+] > [Ca2+]) (мал. 2) та корелює з константами зв’язування цих іонів з азотистими основами ДНК, в той час як константи зв’язування іонів Ca2+, Mn2+ та Cu2+ з
6
фосфатними групами в умовах експерименту порівнянні (Благой, 1991). Таким чином, компактизація ДНК обумовлюється взаємодією іонів Mt2+ з азотистими основами, в результаті якої можлива незначна дестабілізація ДНК.
Зростання інтенсивності смуг поглинання відбувається у вузькому інтервалі концентрацій дво- та тривалентних іонів (мал. 2), що свідчить про високу позитивну кооперативність процесу компактизації ДНК. При підвищенні концентрації іонів Na+ у розчині до 0.2 або 1 М кооперативність різко знижується, що обумовлено конкуренцією іонів Mt2+ та Na+. Таким чином, механізм компактизації ДНК під дією іонів Mt2+ включає в тому числі і електростатичний механізм.
Мал. 4. Модель між- (А) та внутрішньо-молекулярної (В) компактизації ДНК під дією двовалентних іонів металів у розчині; C - початкова стадія утворення тору при взаємодії ДНК, що моделюється ланцюжком вільно-з’єднаних сегментів, з двовалентними іонами металів у розчині.
В роботі запропонована модель компактизації ДНК під дією іонів Mtn+ (мал. 4).
В роботі розглядається математична модель утворення упорядкованої структури (тора) при взаємодії іонів Mt2+ з ДНК на прикладі зв’язування іонів з поліелектролітом, який представле-ний ланцюжком вільно-з’єднаних сегментів, що несуть негативний заряд (мал. 4, С). На першому етапі відбувається зв’язування одного або кількох двовалентних катіонів з двома віддаленими по ланцюгу сегментами з утворенням петлі, розмір якої буде визначатися жорсткістю поліелектролі-ту. При утворенні такого комплексу буде відбуватися програш в ентропії, причому зменшення ентропії буде тимбільше, чим вище жорсткість молекули (тобто чим більше радіус петлі), але можливий виграш в ентальпії (ΔН буде знижуватися). Константа утворення першого зв’язку буде визначатися як  (1),
де ΔG0 - зміна вільної енергії Гіббса:  (2),
ΔG0, ΔH0 та ΔS0 - зміни вільної енергії, ентальпії та ентропії при утворенні петлі. Низька вирогідність цього процесу визначається більшим щодо абсолютної величини значенням ΔS0 (ΔS0<0 та ΔH0<0), при цьому |TΔS|~ |ΔH|, |ΔG0| мале і величина константи К0 мала. В міру
7
залучання у зв’язування подальших сегментів втрата в ентропії при зв’язуванні наступного сегменту іоном Mt2+ буде зменшуватися, тому що буде втрачатись рухливість тільки досить невеликої ділянки ланцюга, отже число мікростанів, доступних системі, буде зменшуватися. Оскільки виграш в ентальпії при утворенні кожного із зв’язків буде однаковий, при збільшенні ступеня зв’язування ΔG буде зростати і, відповідно, буде зростати і константа зв’язування, визначаючи кооперативність процесу компактизації ДНК під дією іонів Mt2+. Так, при утворенні другого зв’язку (мал. 4, С):  .
При утворенні N - того зв’язку
 (3), де ΔS1av - середня зміна ентропії при утворенні зв’язків з 2 по N. У даному випадку N - кількість зв’язків між сегментами поліелектроліту, що утворилися за участю іонів Mt2+. Таким чином N пропорційно числу сегментів, які утворили зв’язки. Визначим Nt як загальне число сегментів, зв’язування яких необхідне для повної компактизації, тоді N/Nt буде визначати ступінь компактизації неелектроліту r. Приймаючи для великих N  , (3) з урахуванням (2) можна записати у вигляді
 (4),
де W - коефіціент, який дорівнює  . Таким чином, додаток до вільної енергії є пропорційним ступеню компактизації.
Беручи до уваги (4), запишемо:  , де  ,  K0 - константа, яка визначає величину порогової концентрації двовалентних іонів металів, необхідної для початку компактизації, ω - параметр кооперативності. При цьому рівняння зв’язування у формі Скетчарда перетворюється на
 (5), де r - ступінь компактизації ДНК (тобто частка ділянок, які при даних умовах утворили впорядковані структури), Cf - концентрація вільних іонів Mt2+ (тобто тих іонів, які не приймають участі в утворенні компактної структури ДНК), D - повна концентрація іонів Mt2+ у розчині:  , P - молярна концентрація ДНК, n - коефіціент, що визначає необхідну для індуціювання компактизації ДНК частину місць зв’язування, які зайняли іони Mt2+. Величина r може характеризувати ступінь зв’язування іонів Mt2+ в процесі
8
компактизації ДНК (однак лише тих іонів, зв’язування з якими безпосередньо призводить до компактизації).
В розділі 4 представлені результати дослідження впливу етанола, 1,2-пропандіола (1,2-ПД), гліцерина і сечовини на компактизацію ДНК під дією іонів Сu2+ у розчинах при температурах 29 та 450С в інтервалі концентрацій спиртів 0 ÷ 20 об.% та сечовини 0 ÷ 5 М. Зміни у спектрах, які відбуваються при взаємодії ДНК з іонами Сu2+ в досліджених змішаних розчинах, аналогічні змінам, що відбуваються у водному розчині. Вигляд залежностей R (C) (мал. 5) для комплексів ДНК - Cu2+ у вивчених водно-спиртових розчинах подібний до 
 Мал. 5. Залежності відносної зміни інтенсивності R смуги поглинання νS від повної концентрації іонів Cu2+ у розчині для комплексів ДНК з іонами Cu2+ у змішаних розчинах, які містять : А - 1,2- ПД, В - гліцерин. Температура - 290С.
залежності R (C) у водному розчині, таким чином, зв’язування іонів Cu2+ з ДНК індукує компактизацію біополімеру також у змішаних розчинах. В міру зростання концентрації етанола і 1,2-ПД у розчині монотонно зменшується порогова концентрація іонів Cu2+, необхідна для компактизації ДНК (мал. 6), що може бути обумовлено збільшенням констант зв’язування іонів Na+ та Cu2+ при зниженні діелектричної проникності розчину. В межах теорії конденсації протиіонів дані мал. 6 (криві 1,2) можна пояснити додатковою конденсацією протиіонів на поліелектроліті, що призводить до нейтралізації більшої частини заряду (у відповідності до (Wilson, Bloomfiled, 1979), частка заряду, нейтралізованого при зв’язуванні поліелектроліта з протиіонами валентності Z, дорівнює  ,  = q2/εTkBb). Збільшення об’ємної кількості етанолу та 1,2-ПД у розчині веде до зростання констант зв’язування К0 і параметрів кооперативності ω (мал. 7). При цьому ізотерми зв’язування набувають немонотонний характер з метастабільними і нестабільними ділянками, що характеризуються зворотньою залежністю r від Cf, які для стабільного процесу
9
повинні бути замінені на залежність із стрибком по r, що свідчить про фазовий перехід. Таким чином, перехід ДНК в компактний стан під дією іонів Cu2+ може набувати характер фазового переходу. Вплив гліцерину на порогову концентрацію іонів Cu2+ носить немонотонний характер (мал. 6), що може бути пов’язано з залежністю стабілізуючої або 
Мал. 6. Залежності порогової концентрації Спор іонів Cu2+ (1-3, ліва шкала) і Са2+ (4, права шкала), необхідної для компактизації ДНК, від об’ємної концентрації неелектроліта для смуги поглинання νS для комплексів ДНК з іонами Mt2+ у змішаних розчинах, що містять: 1,4 - етанол, 2 - 1,2-ПД. 3 - гліцерин.
Мал. 7. Залежності ступеня зв’язування r від вільної концентрації іонів Cu2+ у розчині (Cf) для комплексів ДНК з іонами Cu2+ у водному (1) та змішаних розчинах, які містять 9 об.% етанола (2), 1,2-ПД (3) та гліцерина (4). Крапки - дані експерименту, лінії - теоретичні залежності, розраховані за формулою (5); константи зв’язування К0 та параметри кооперативності ω вказані на малюнку.
дестабілізуючої дії гліцерину на структуру розчину від його концентрації (Timasheff, 1993). Кооперативність процесу компактизації ДНК у водно-гліцеринових розчинах зменшується (мал. 5, 7), що може бути обумовлено розупорядкованою дією гліцерину на структуру води (в тому числі гідратну). Немонотонність впливу гліцерину зберігається і при 450С. Оскільки зміни діелектричної проникності розчину в міру зростання концентрації гліцерину носять монотонний характер, можна зробити висновок про те, що в даному випадку компактизація
10
ДНК визначається не тільки діелектричною проникністю водного розчину неелектроліта, як це випливає з теорії конденсації протиіонів, але й структурою змішаного розчину.
При температурі 450С зменшується концентрація іонів Cu2+, яка необхідна для компактизації ДНК у водному розчині, що пов’язано із зниженням температури плавлення ДНК в присутності іонів міді, утворенням денатурованих ділянок на ДНК і зростанням констант зв’язування іонів Cu2+ з цими ділянками (Сорокін, 1987), а також зі зменшенням гнучкої жорсткості ДНК.
Досліджені неелектроліти - етанол, 1,2-ПД, гліцерин - при малих об’ємних концентраціях у розчині стабілізують структуру води, тому представляється цікавим вивчити структурні переходи ДНК під дією іонів Cu2+ у водних розчинах сечовини, яка руйнує структуру води. Зміни в ІЧ спектрах комплексів ДНК з іонами Cu2+ у розчинах, які містять сечовину, аналогічні змінам, що відбуваються у водному розчині. Інтенсивність смуг поглинання фосфатних груп ДНК при взаємодії з іонами Cu2+ зростає, т.ч. в присутності сечовини ДНК під дією іонів Cu2+ переходить у компактну форму. Для всіх досліджених розчинів залежності R (C) мають вигляд кривої з насиченням, аналогічний залежності для комплексів ДНК з іонами Сu2+ у водному розчині. Таким чином в присутності сечовини зберігається кооперативний характер процесу компактизації ДНК (мал. 8). В міру зростання концентрації сечовини кооперативність зменшується, що може бути пов’язано з порушенням впорядкованої структури води, у тому числі такої, що входить у гідратну оболонку ДНК.
Характер залежності С1/2 (C1/2 - концентрація іонів Сu2+, при який R(С1/2)=Rmax/2) від концентрації сечовини у розчині (мал.9) можна пояснити конкуренцією двох різнонаправлених процесів: з одного боку, при зростанні діелектричної проникності розчину при додаванні сечовини зменшується доля заряду на фосфатах, нейтралізованого за рахунок зв’язування поліелектроліту з протиіонами, з іншого боку, дегідратація іонів Na+ та Сu2+ в присутності сечовини призводить до більш ефективної екраніровці зарядів на фосфатах, що посилює ефект іонів Сu2+. Певно, в області А переважають саме ефекти, пов’язані з дегідратуючим впливом сечовини на протиіони (Na+ та Сu2+) та саму макромолекулу. В областях В та С серед можливих механізмів впливу сечовини на Cu2+-індуковану компактизацію ДНК можна відзначити зростання ε розчину при збільшенні концентрації сечовини, що перешкоджає додатковій конденсації протиіонів, а також конкуренцію молекул сечовини та іонів Cu2+ за місця зв’язування на ДНК. Таким чином, в даному випадку процес переходу ДНК у компактний стан під дією іонів міді визначається не стільки ефектами зміни діелектричної проникності розчину, скільки ефектами сольватації.
11 Мал. 8. Залежності відносної зміни інтенсивності R смуги поглинання νS â³ä повної концентрації іонів Cu2+ у розчині для комплексів ДНК з іонами Cu2+ у водних розчинах сечовини з концентрацією: 0 (1), 0.17 (2), 0.25 (3), 1 (4) и 3 (5) Ì.
 Мал. 9. Залежності величини С1/2 від концентрації сечовини у розчині для смуг поглинання νS (1) та νаS (2) для комплексів ДНК з іонами Сu2+.
| 
