RUS  ENG
Полная версия
ЖУРНАЛЫ // Математическая биология и биоинформатика // Архив

Матем. биология и биоинформ., 2019, том 14, выпуск 2, страницы 612–624 (Mi mbb406)

Эта публикация цитируется в 2 статьях

Математическое моделирование

Математическое моделирование учета открытых состояний в зависимости от $^2$H/$^1$H соотношения в двухцепочечной молекуле ДНК

С. С. Джимакab, М. И. Дроботенкоab, А. А. Басовac, А. А. Свидловb, М. Г. Барышевab

a Кубанский государственный университет, Краснодар, Россия
b Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия
c Кубанский государственный медицинский университет, г. Краснодар

Аннотация: В статье представлены результаты оценки возможного влияния атомов дейтерия на раскрытие пар азотистых оснований молекулы ДНК, причиной которого может быть изотопный обмен $^2$H/$^1$H, вследствие чего происходит увеличение энергии, необходимой для разрыва водородной связи. Эти процессы изучаются с помощью математического моделирования, учитывающего количество открытых состояний между парами оснований, что является одним из ключевых условий адекватности математической модели ДНК. Данные математического эксперимента показали, что присутствие дейтерия в цепочке нуклеотидов может вызывать в зависимости от величины энергии разрыва водородной связи как увеличение, так и уменьшение вероятности возникновения открытых состояний. Так, в рассмотренном примере при энергии разрыва водородной связи 0:358$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м, наблюдается в случае отсутствия дейтерия в молекуле ненулевая вероятность появления открытых состояний, а с энергией разрыва водородной связи 0:359$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м или более такая вероятность равна нулю. Если же в молекуле присутствует один атом дейтерия, ненулевая вероятность наблюдается даже при энергии разрыва водородной связи равной 0:368$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м (то есть более 0:358$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м). Показано, что участие атомов дейтерия в образовании водородных связей двойных спиралей молекулы ДНК может вызвать изменения во времени, необходимом для передачи генетической информации, что может объяснить влияние даже незначительных отклонений концентрации дейтерия в среде на метаболические процессы в живых системах.

Ключевые слова: ДНК, дейтерий, вращательные движения азотистых оснований, молекулярная динамика двухцепочечной ДНК, открытые состояния.

УДК: 577.323.36: 51-76

Материал поступил в редакцию 24.09.2019, 10.12.2019, опубликован 11.12.2019

DOI: 10.17537/2019.14.612



© МИАН, 2024