Physikochemische und cytochemische Untersuchungen zur Bindung von Ethidium- und Acridinfarbstoffen an DNA und an Organellen in lebenden Zellen

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Abstract

Ethidium- und Acridinfarbstoffe sind klassische Modellsubstanzen zum Studium der Bindung kleiner, pharmakologisch wirksamer Moleküle an DNA. Als wichtigster Bindungstyp wird stets die Intercalation zwischen die Basenpaare der DNA diskutiert. Nach unseren Untersuchungen gibt es aber zusätzlich zur Intercalation eine zweite Bindung, die ebenfalls im Bereich kleiner Konzentrationen gebundener Moleküle auftritt und hier externe oder prä-intercalative Bindung genannt werden soll. Aus den experimentellen Bindungsisothermen folgt, daß die Bindungskonstante der Intercalation 1 wesentlich kleiner ist als die Konstante der externen Bindung 2 (Ks1Ks2). Dieser überraschende Befund ist nicht auf die Bindungsenthalpie (ΔH0s1 ≈ ΔH0s2), sondern auf die Bindungsentropie (ΔS0s1 ≈ Δ0s2) zurückzuführen. Wichtigster Bindungsbeitrag für 1 und 2 ist die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Farbstoff und DNA. Sie wird durch Wasserstoffbrücken und durch hydrophobe Wechselwirkung unterstützt. Die Bindung einer Substanz an DNA in vitro läßt keine zuverlässigen Voraussagen auf das Verhalten der gleichen Substanz in lebenden Zellen zu. Nur wenige Substanzen werden an die DNA des Kernchromatins in Zellkultur gebunden. Statt dessen beobachtet man häufig Farbstoffakkumulation in Lysosomen. In einigen Fällen gebunden, dort insbesondere an die Membranen, an denen die oxidative Phosphorylierung abläuft.

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