Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
222
T2: P–7 
Spectroscopic investigation of water structure around betaine 
 
Marcin Stasiulewicz
1
, Aneta Panuszko
1
, and Janusz Stangret
1 
 
1 
Department of Physical Chemistry, Chemical Faculty, Gdańsk University of Technology, 
Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland, e-mail: [e-mail] 
  
 
Betaine (N,N,N – trimethylglycine) belongs to a group of compounds called osmolytes [1]. 
Osmolytes  are  small  organic  compounds  produced  by  living  organisms  to  counteract  harsh 
environmental  conditions  [2].  Betaine  increases  salt  tolerance  in  bacterial  species  of  Listteria 
monocytogenes and Lactococus lactis [3]. Also, it acts as a cryoprotectant in some prokaryotes 
[4]. Moreover, thermal stability of proteins is increased in presence of betaine [5]. The addition 
of betaine to a water solution of protein and urea (destabilizing osmolyte) prevents destruction 
of tertiary structure of protein in presence of urea [6]. 
 
Study of betaine hydration in the range of temperature between 25–75°C was carried out by 
means of FT-IR spectroscopy. This technique allows to investigation labile structures which are 
created as a result of interactions between  water and a solute. The isotopic dilution method of 
semi-heavy  water  (HDO)  in  H
2
O  was  used  to  avoid  most  of  experimental  and  interpretative 
problems connected with H
2
O transmission spectra.  
 
To extract spectra of affected water the difference spectra method was used [7]. This method 
enables to study interactions inside hydration shells of osmolytes on the basis of analyzed series 
of  spectra  of  solutions  with  different  concentrations  of  the  solute.  The  betaine-affected  water 
spectrum  gives  valuable  information  about  the  energetic  state  of  the  hydrogen  bonds  of  water 
and intermolecular distances of hydrating water molecules. 
 
Our results show that hydrogen bonds in hydration shell of betaine are shorter and stronger 
in comparison to those in bulk water in whole range of temperatures and in this sense it could be 
classified as a “structure making” osmolyte. 
 
Keywords: betaine; osmolytes; hydration; difference spectra method; FT-IR spectroscopy  
 
Acknowledgment 
This  work  was  supported  by  the  Polish  National  Science  Center  (NCN)  based  on  decision  No.  DEC-
2013/11/B/NZ1/02258. 
 
References  
[1]  R.D. Sleator, C. Hill, FEMS Microbiol. Rev. 26 (2002) 49. 
[2]  P.H. Yancey, Am. Zool. 41 (2001) 699. 
[3]  D.O. Bayles, B.J. Wilkinson, Lett. Appl. Microbiol. 30 (2000) 23. 
[4]  D. Cleland, P. Krader, C. McCree, J. Tang, D. Emerson, J. Microbiol. Methods 58 (2004) 31. 
[5]  T. Caldas, N. Demont-Caulet, A. Ghazi, G. Richarme, Microbiology 145 (1999) 2543. 
[6]  J.B. Bateman, G.F. Evans, P.R. Brown, C. Gabriel, E.H. Grant, Phys. Med. Biol. 37 (1992) 175. 
[7]  M. Śmiechowski, J. Stangret, Pure Appl. Chem. 82 (2010) 1869. 
 
 
 
 
 
 
 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
223
T2: P–8 
Application of spectral methods for studying of DNA damage induced 
by gamma-radiation 
 
Svetlana Tankovskaia
1
, Omar M. Kotb 
1,2
, Olga Dommes
3
, and Sofia Paston
1
 
 
1 
Department of Molecular Biophysics and Polymer Physics, Faculty of Physics, Saint-Petersburg 
State University, Ulyanovskaya, 3, St.Petersburg 198504, e-mail: [e-mail] 
2 
Department of Physics, Faculty of Science, Zagazig University, Sharkia Gov Zagazig, 4451 Egypt 
3 
Institute of macromolecular compounds, 199004 Saint-Petersburg, Bolshoy pr. 31, Russia 
 
 
DNA damage is the main origin of cell death, mutation and cancer transformation. Therefore 
DNA is considered to be the main target of ionizing radiation [1]. 
 
The  most  frequent  types  of  radiation-induced  DNA  damages  are  modification  and 
destruction  of  nitrogenous  bases  and  also  local  breakages  of  hydrogen  bonds  (partial 
denaturation)  in  the  lesion  sites  of  the  macromolecule  [1].  To  reveal  the  amount  of  these 
damages  we  applied the  UV absorption spectroscopy,  spectrophotometric melting and  circular 
dichroism (CD). 
 
Radiation-induced  changes  in  DNA  structure  influence  its  UV  absorption  spectrum  in 
different  ways:  partial  denaturation causes hyperchromic  effect, while destruction  of the  bases 
results in hypochromism. To recognize the chromophore loss in irradiated solution we apply the 
Spirin’s  method  of  nucleobases concentration  measurement [2]. We  obtained  DNA absorption 
and  CD  spectra,  nucleobases  concentration  and  melting  temperature  after  gamma-irradiation 
with  the  doses  0-1000  Gy  in  solutions  with  different  ionic  strength  (0.005M  and  3.2M  NaCl) 
and  various  DNA  concentrations  during  the  irradiation.  Nucleobases  concentration,  melting 
temperature and degree of DNA helicity decrease monotonously with the rise of dose. There is 
strong dependence of the radiation effect on the DNA concentration (C(DNA)) in the irradiating 
sample.  DNA  damage  induced  by  the  dose  of  500  Gy  was  too  hard  that  it  was  impossible  to 
observe the helix – coil transition. At the same time the melting temperature of DNA irradiated 
in  lyophilized  form  decreases  weakly  even  after  irradiation  with  the  dose  of  1000  Gy.  The 
dependences of radiation-chemical yield (Y) of bases destruction on C(DNA) obtained for doses 
of 500 and 1000 Gy satisfactorily fit on one curve and evidence that at low DNA content in the 
irradiated  solution  (С(DNA)=0–0.005%) the indirect action  of radiation  predominates.  At that 
not all water radiolysis products reach DNA molecules because of low DNA concentration. At 
С(DNA)=0.005%–0.04% the plateau in the dependence Y=f(C(DNA) is observed. In this region 
also  the  indirect  action  of  radiation  prevails,  but  all  water  radiolysis  products  reach  DNA 
molecules,  so  the  yield  is  determined  by  dose  but  not  by  targets  concentrations.  Increase  in 
electrolyte concentration leads to lowering of DNA damage. 
 
Keywords: DNA damage; gamma-irradiation; UV spectroscopy; spectrophotometric melting; circular dichroism  
 
Acknowledgment 
A  part  of  this  work  was  performed  using  the  equipment  of  the  Centre  for  Optical  and  Laser  Materials 
Research (COLMR), St. Petersburg State University.  
This work was supported by the RFBR, project no. 15-08-06876. 
  
References  
[1]  Yu. B. Kudryashov, Radiation Biophysics (Ionizing Radiations), New York: Nova Science Publishers, 
Inc. (2008) pp. 327. 
[2]  A.S. Spirin, Biokchimiya (USSR) 23 (1958) 656. 
 
 

---