Electronic analogue of DNA

Abstract

Известно, что внутренняя подвижность молекул ДНК играет важную роль в функционировании этих молекул. Этим объясняется большой интерес исследователей к изучению особенностей внутренней динамики ДНК. Сложность, трудоемкость и дороговизна проведения исследований в этой области сти-мулируют поиск и создание более простых физических аналогов, удобных для имитации различных ди-намических режимов, возможных в ДНК. Одно из направлений такого поиска связано с использованием механического аналога ДНК -цепочки связанных маятников. В этой модели маятники имитируют азо-тистые основания, горизонтальная нить, на которой подвешены маятники, имитирует сахаро-фосфатную цепочку, а гравитационное поле имитирует поле, наводимое второй нитью ДНК. Простота и нагляд-ность -основные достоинства механического аналога. Однако модель становится слишком громоздкой в тех случаях, когда необходимо моделировать длинные (более тысячи пар оснований) последовательно-сти ДНК. Другое направление связано с использованием электронного аналога молекулы ДНК, который лишен недостатков механической модели. В данной работе мы исследуем возможность использования в качестве электронного аналога джозефсоновскую линию. Мы рассчитали коэффициенты прямых и непрямых преобразований для простого случая однородной, синтетической ДНК, последовательность которой содержит только аденины. Внутренняя подвижности молекулы ДНК моделировалась уравнени-ем синус-Гордона для угловых колебаний азотистых оснований, принадлежащих одной из двух полинук-леотидных цепей ДНК. При этом вторая полинуклеотидная цепь моделировалась как некоторое усред-ненное поле, в котором происходят эти колебания. Преобразование, позволяющее перейти от ДНК к электронному аналогу, было получено двумя способами. Первый включает две стадии: (1) переход от ДНК к механическому аналогу (цепочке связанных маятников) и (2) переход от механического аналога к электронному (линии Джозефсона). Второй способ прямой. Он включает только одну стадию -пря-мой переход от ДНК к электронному аналогу.Ключевые слова: моделирование динамики ДНК, механический аналог ДНК, электронный аналог ДНК, линия Джозефсона