Моделирование переноса заряда в ДНК

• Автор: Фиалко, Надежда Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Содержание

Введение. Общая характеристика работы

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие сведения о ДНК.

1.2 Эксперименты по переносу заряда в ДНК. Основные представления о механизмах переноса.

1.3 Теоретические подходы к описанию переноса заряда в молекулярных цепочках .

2 КВАНТОВОМЕХАНИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПЕРЕНОСА ЗАРЯДА

2.1 Уотсонкриковские пары как осцилляторы.

2.2 Обезразмеривание динамических уравнений

2.3 Параметры модели и начальные данные

2.4 Некоторые свойства модели с детерминированной классической подсистемой .

2.5 Оценка подвижности заряда при конечной температуре.
2.6 Различные модели переноса заряда в молекулярных цепочках
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
СИСТЕМА БЕЗ СЛУЧАЙНОЙ СИЛЫ А, 0
3.1 Моделирование переноса дырки в ЗТХС7Сфрагменте ДНК
3.2 Динамика возбуждения в однородных цепочках.
3.3 Моделирование переноса заряда в однородных полинуклеотидах с донором и акцептором.
3.4 Перенос заряда в регулярных и нерегулярных нуклеотидных последовательностях с донором и акцептором
3.5 Квазисолитои .
СИСТЕМА СО СЛУЧАЙНОЙ СИЛОЙ Д ф 0
3.6 Моделирование переноса в СТТССфрагменте при температуре С
3.7 Расчеты подвижности дырки в полинуклеотидах при заданной температуре 0 К
3.8 Расчет подвижности в НЗБНмодсли ДНК при Т 0 К.
3.9 Зависимость подвижности от температуры.
3. Подвижность в случае поляроиа малого радиуса.
3. Температурный развал стоячей волны .
3. Моделирование динамики переноса заряда в однородном полинуклеотиде во внешнем электрическом поле.
4 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
4.1 Стандартные схемы
4.2 Особенности задачи при 0.
4.3 Замечания о численном интегрировании системы.
4.4 Смешанная схема
4.5 Тестирование основного алгоритма.
Заключение
Благодарности
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Найдсиос численно решение — движущаяся уединенная волна — не является солито-ном в точном смысле, хотя при столкновениях такие волны ведут себя как солитоны. Проведено сравнение зависимости диффузии полученной с помощью прямого моделирования, с аналитическими выражениями Холстсйна в случае полярона малого радиуса. Промоделирована динамика стоячей волны при различной температуре, численно найдена температура развала стоячей волны. Рассчитана динамика дырки в однородном полинуклеотиде в постоянном электрическом поле. Показано, что в такой системе движение дырки соответствует блоховским осцилляциям, оценена максимальная температура, при которой такие осцилляции существуют. В четвертой главе рассмотрен ряд вопросов, связанных с вычислительной задачей. Описаны стандартные методы, которые использовались для численного интегрирования на сравнительно небольших временах счета; показано, что в детерминированной системе время выхода на стационар может быть очень большим. Описана смешанная схема, разработанная для численного интегрирования рассматриваемой системы на больших временах. Приведены тесты смешанного алгоритма дня детерминированной системы и для системы со случайной силой. Основной структурной единицей ДНК является нуклеотид. Нуклеотид состоит из трех химически различных частей, соединенных ковалентными связями (рис. Азотистое основание, ковалентно соединенное с первым атомом углерода сахара, формирует структуру, называемую нуклсозидом. ДНК содержит два вида оснований: пуриновые основания (адении А и гуанин (7) и пиримидиновые основания — цитозин С и тимин Т. Фосфатные группы соединяют соседние основания в полимерную цепочку, связывая углероды сахаров. Образуется длинная цепь из чередующихся остатков сахара и фосфатных групп, которую называют сахаро-фосфатным остовом молекулы. Молекула ДНК содержит в зависимости от вида организмов от нескольких тысяч до многих миллионов нуклеотидов. Рис. Типичное строение нуклеотида — мономера нуклеиновых кислот. Пятиуглеродный сахар соединен с фосфатной группой, содержащей элемент фосфор, и с основанием, состоящим из одного или (как в данном случае) двух колец, содержащих атомы углерода и азота. В году Джеймс Уотсон и Френсис Крик опубликовали статью в Nature |]. В ней была предложена модель структуры ДНК, которая с тех пор многократно проверялась и признана правильной в целом и многих деталях. Сцепление между нитями обеспечивается водородными связями между аде-нином и тимииом и между гуанином и цитозином. Основания, образующие нары, связанные водородными связями, называют комплементарными или взаимно дополняющими. Принцип комплементарноети состоит в том, что связываются пуриновое и пиримидиновое основания (А комплементарен Т, а С комплементарен С), что обеспечивает высокую степень надежности работы генетического аппарата клетки. Практически одновременно с этим открытием было установлено [), что ДНК может находиться но крайней мере в двух различных формах, наэаванных А и В (форма молекулы, предложенная Уотсоном и Криком), которые устойчивы при различных внешних условиях. Рис. В-форма ДНК (которая считается основной формой) характеризуется плоскопа-раллельным расположением пар нуклеотидных оснований внутри двойной спирали (рис. Плоскости оснований почти перпендикулярны оси спирали и отстоят друг от друга на 3. А. Диаметр спирали примерно равен А, а соседние пары нуклеотидных оснований повернуты друг относительно друга в среднем на °. В результате на один виток спирали приходится десять пар оснований. Позднее детальные рентге-ноструктурные исследования кристаллов ДНК с определенной последовательностью оснований показали, что в рамках “В-семейства” имеются значительные локальные вариации конформации, зависящие от последовательности. Тип спирати определяется в основном внешними условиями. В А-форме ДНК плоскость пары оснований отклоняется от перпендикуляра к оси спирали на -°, виток состоит примерно из II пар оснований, а уложены они так, что расстояние по оси между соседними парами составляет всего 2. А. С-форма имеет 9.