Институт математических проблем биологии Российской академии наук, Пущино, Московская область, РоссияАннотация. На основе модели Пейрарда-Бишопа-Холстейна проведены численные эксперименты, демонстрирующие возможность переноса заряда поляронами в однородной незамкнутой G/C цепочке ДНК за счёт взаимодействия с локализованными возбуждениями при отсутствии электрического поля в цепочке. Показано, что, в зависимости от параметров выбранных начальных возбуждений и от параметров цепочки, полярон может двигаться на большие расстояния (около тысячи сайтов). Показано также, что способность полярона двигаться и характер этого движения в значительной степени зависят от взаимного расположения полярона и выбранных локализованных возбуждений.
ВВЕДЕНИЕВ настоящее время большое количество теоретических работ посвящено исследованию транспорта заряда в ДНК [1]- [7]. Основная цель этих исследований -построение теоретических основ для создания нанобиоэлектронных устройств, в том числе нанопроводов, способных эффективно переносить заряд на большое расстояние [8]- [12]. Основным носителем тока в однородных синтетических полинуклеотидных последовательностях считается полярон [13,14,15,16]. Поляронный перенос заряда исследовался при воздействии температурных флуктуаций [17,18], в постоянном и переменном электрических полях [19]-[23], при импульсном силовом воздействии [24,25]. В ряде работ рассматривался перенос заряда как в однородных, так и в регулярных цепочках ДНК [26,27]. В данной работе мы исследуем возможности минимальными усилиями заставить полярон двигаться по цепочке на максимально большое расстояние.В работе [28] нами было показано, что полярон, помещённый в начальный момент времени не в центр цепочки, приобретает способность двигаться при отсутствии электрического поля и дополнительных возбуждений в цепочке. Как в статье [28], так и в данной работе, моделирование движения полярона выполнялось на основе модели Пейрарда-Бишопа-Холстейна (ПБХ). Обе статьи представляют исследование движения полярона при отсутствии внешнего электрического поля в цепочке. В * alya@impb.ru ** lak@impb.psn.ru ДВИЖЕНИЕ ПОЛЯРОНА ПРИ НАЛИЧИИ В ЦЕПОЧКЕ ЛОКАЛИЗОВАННЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ отличии от работы [28], в данной работе рассматривается поляронный перенос заряда в результате взаимодействия полярона с внешними локализованными возбуждениями сайтов в начальный момент времени. Мы использовали локализованные возбуждения сайтов, которые, при отсутствии полярона в цепочке, не перемещаются по цепочке, а лишь растекаются по цепочке и затухают со временем, поскольку используется цепочка с диссипацией. Для задания внешних локализованных возбуждений использовались ненулевые значения смещений частиц и/или их скоростей в начальный момент времени.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬИсследование поляронного переноса заряда в однородной незамкнутой G/C цепочке ДНК выполнялось в рамках квантово-классической модели Пейрарда-Бишопа-Холстейна [29]-[34]. Динамика квантовой частицы в классической цепочке описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений, которая в безразмерных перем...