Нелинейная крутильная динамика двухцепной дискретной модели ДНК

• Автор: Ковалева, Наталья Алексеевна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
1 Введение

2 Модели различных внутренних движений ДНК

2.1 Динамика раскрытия двойной спирали учет крутильной подвижности

2.1.1 Двухкомпонентные модели Уотова и Федянина

2.1.2 Модель Якушевич.

2.1.3 Влияние последовательности

2.2 Динамика раскрытия двойной спирали учет транс

версальной подвижности .

2.2.1 Модель ПерардаБишопа.

2.2.2 Комбинированные модели

2.3 Динамика ВА переходов
2.3.1 Модель ВА переходов Волкова
2.4 Модели объединенных атомов
2.5 Приложение к нанотехнологиям
3 Дискретная модель двойной спирали ДНК.
3.1 Молекула. ДНК.
3.2 Модель. Аргументация и описание.
3.3 Дисперсионное соотношение.
4 Солитонные решения
4.1 Аналитические методы нахождения солитонных волновых решения
4.2 Численные методы нахождения солитонных волновых
решений.
4.2.1 Стацмунарное решение.
Оглавление
4.2.2 Нестационарные решения
4.3 Взаимодействие топологических солитонов
4.4 Влияние неоднородностей цепи на динамику топологических солитонов
4.5 Взаимодействие топологических солитонов с тепловыми колебаниями цепи
5 Бризеры и периодические волны
5.1 Сильная связь .
5.1.1 Синфазные колебания.
5.1.2 Синфазные колебания без перехода в систему
центра масс.
5.1.3 Колебания бризеров в противофазе
5.1.4 Периодические волны.
5.2 Режимы, реализующие обмен энергией. Слабая связь
5.2.1 Обмен энергии реализованный через бризеры .
5.2.2 Обмен энергией, реализованный через периодические волны
6 Выводы
Литература


Этот кооперативный эффект хорошо известен в связи с тепловой денатурацией ДНК и приводит к увеличению подъему тонкой структуры в кривой нплавлеиияДНК , относящейся к последовательности оснований. Недавние экспериментальные данные о существовании локализованных структурных возбуждений в ДНК получены с использованием рентгеновского анализа ДНК в комплексе с регуляторными протеинами. Эти результаты важны для понимания механизма функционально активных областей в ДНК . Было найдено , что под действием фермента фрагмент двойной спирали ДНК ТАТАЬох испытывает существенное конформационное возмущение, которое позволяет нуклеотидным основаниям в ДНК создавать желобки, чтобы протеины могли узнать нуклеотидные основания. Смещение структурных элементов приобретают большую амплитуду, сильно превышающую тепловые флуктуации в состоянии двойной спирали. Глава . Экспериментальные данные приводят к заключению, что предшественником наблюдаемых структурных трансформаций является бризерное возбуждение в ДНК. Предлагались различные нелинейные математические модели внутренней динамики ДНК, некоторые из них успешно применяются для объяснения доступных экспериментальных данных ,. Однако эти объяснения дают лишь одну из возможных интерпретаций имеющихся данных. Теоретический анализ физических явлений в молекуле ДНК началось в году с модели предложенной Энгландером . В дальнейшем значительное число работ было посвящено нелинейным возбуждениям в ДНК в рамках как динамики, так и статистической механики. Историческая справка и всесторонний обзор результатов приведены в ,. Отмечалось, что сопоставлений теоретических моделей и эксперимента все еще недостаточно. Рассматривая подвижную открытую ячейку, диффундирующую вдоль двойной спирали, Энгландер и др. Глава 1. Какую биологическую роль могут играть солитоны в ДНК Движение солитоыа может сравнительно просто реализовать раскрытие двойной спирали при дупликации ДНК и транскрипции мРНК . При этом нет необходимости рассматривать такое движение как расплетание двойной цепи в ДНК, которое предполагалось ранее. Для описания энергии водородных связей, использовались потенциал Морзе, потенциал Тос1а, потенциал ЬеппагсЬЛопеБ, степенные потенциалы, а также ряд других потенциалов. Степенные потенциалы являются частными случаями предыдущих трех, поскольку потенциалы Тоба, Морзе и ЛенардаДжонса могут быть разложены в степенные ряды с гармоническими, кубическими и биквадратными членами. В случае малоамплитудных движений ряд авторов 8,, использовали метод многомасштабных разложений, чтобы получить решения солитоного типа. В недавних разработках , введены другие степени свободы в связи с переходом к моделям более сложной спиральной структуры. Но особое внимание следует уделить модели ПейрардаВишопа 7 а также ее обобщениям, предложенным в ,. Несмотря на достаточную простоту предложенного в этих работах подхода, соответствующие нелинейные решеточные системы могут хорошо иногда даже количественно воспроизвести феноменологию, экспериментально наблюдаемую в ДНК . Глава 1. Большинство исследований, в рамках выше упомянутых моделей опираются на. ДНК, состоящую полностью из АТ или ОС пар оснований. Но были попытки ввести в модели и различные последовательности пар оснований, в том числе и соответствующие реальным молекулам ДНК различных организмов . Взаимодействия, которые управляют структурой и динамикой ДНК, не очень ясны изза сложности биомолекул. Разнообразие средств, позволяющих упростить динамическое описание, характерно для теоретического анализа динамики ДНК. Дальнейшее продвижение в этой области требует разработки новых эффективных моделей ДНК, которые позволяли бы рассма. Такие модели должны быть также полезны для достижения лучшего понимания взаимосвязи структурных, физических свойств и биологических функций
Научная новизна. Используется модель учитывает асимметрию цепей двойной спирали, связанную с наличием комплиментарной пары оснований, а также в модели предусмотрена, неоднородность цепи с наличием разных типов нуклеотидных оснований.