Перепелиця Сергій Миколайович2024-04-032024-05-102024-04-032023Перепелиця С. М. Структура та динаміка впорядкування протийонів навколо подвійної спіралі ДНК : дис. ... д-ра фіз.-мат. наук : 01.04.02 – теоретична фізика; 03.00.02 – біофізика (фізико-математичні науки) / Перепелиця Сергій Миколайович. - Київ, 2023. - 499 с.УДК 538.9; 539.1; 539.2; 544.6; 577https://ir.library.knu.ua/handle/123456789/7123Досліджено впорядкування протийонів навколо ДНК за допомогою методу електропровідності водних розчинів ДНК з сіллю KCl (0 – 2 моль/л) при різних температурах (28 – 70 ºC). Порівняння електропровідності розчину ДНК з додаванням солі та розчину електроліту без ДНК показало, що при концентрації нижче, ніж 0,4 моль/л (критична концентрація) електропровідність розчинів ДНК є вищою за електропровідність відповідного розчину електроліту. Починаючи з критичної концентрації електропровідність електроліту вища за електропровідність розчину ДНК. Результати експерименту пояснено в рамках моделі, що ґрунтується на концепції динамічної іон-фосфатної ґратки ДНК. Проведено молекулярно-динамічне моделювання для системи K-ДНК у зовнішньому електричному полі, що напрямлено паралельно і перпендикулярно осі подвійної спіралі. Показано, що протийони біля подвійної спіралі суттєво уповільнюються порівняно з розчином вільної солі: всередині ДНК рухливість протийонів у 6 разів нижча ніж у іонів в розчині KCl (близько 0,35 мСм/см). У випадку паралельної орієнтації електричного поля ДНК можна розглядати як провідник, який містить лінійний кор макромолекули, що конденсує протийони. У випадку електричного поля, перпендикулярного до подвійної спіралі, при високих напругах (~2000 мВ) спостерігалося плавлення ДНК, що відомо в літературі як field-induced melting. Ключовi слова: ДНК, протийон, вода, пероксид водню, поліамін, путресцин2+, спермідин3+, спермін4+, поліелектроліт, конформаційні коливання, низькочастотні спектри, гідратація, конденсація, молекулярна динаміка, текстура, електропровідність, ґратка.The ordering of counterions around DNA has been studied by electrical conductivity of aqueous solutions of DNA with KCl salt in concentration range from 0 to 2 M and at different temperatures (28 – 70 ºC). Comparison of the electrical conductivity of the DNA solution with the added salt and electrolyte solution without DNA has been shown that at a concentration lower than 0,4 M (critical concentration) the electrical conductivity of DNA solutions is higher than the electrical conductivity of the corresponding electrolyte solution. Starting from the critical concentration, the electrical conductivity of the electrolyte is higher than the electrical conductivity of the DNA solution. The results of the experiment have been explained in terms of the developed model based on the concept of a dynamic ion-phosphate lattice. The molecular dynamics simulations of K-DNA in an external electric field parallel to and perpendicular to the axis of the double helix has been carried out. The counterions near the double helix have been shown to be significantly slowed down compared to the free salt solution. Inside DNA, the mobility of counterions is 6 times lower than that of ions in a KCl solution (about 0,35 mS/cm). In the case of a parallel orientation of the electric field to the macromolecule, DNA can be considered as a wire consisting of a linear core condensing counterions around. In the case of an electric field perpendicular to the double helix, at high voltages (~ 2000 mV) the melting of DNA has been observed that is known in the literature as field-induced melting. Keywords: DNA, counterion, water, hydrogen peroxide, polyamine, putrescine2+, spermidine3+, spermine4+, polyelectrolyte, conformational vibrations, low-frequency spectra, hydration, condensation, molecular dynamics, textures, electrical conductivity, lattice.uaДисертація