Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, ФИЗИКА

ДИНАМИКА ПЕРЕНОСА ЗАРЯДА В МОДЕЛИ МОЛЕКУЛЫ ДНК

taras_eg 490 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 51 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 30.12.2019
В данной работе поставлена задача исследования динамики движения двухсолитонного решения УСГ и перемещения в нем заряда в однородной модели молекулы ДНК. Получены следующие результаты. Приведены модели и методы исследования для описания движения оснований и заряда в ДНК. Была написана программа и по ней получены графики распространения солитона и заряда в зависимости от начальных данных.
Введение

Люди живут в мире технологии. Сейчас чтобы сделать теоретические расчеты используют электронные вычислительные машины (ЭВМ). Одним из важных компонентов ЭВМ является процессор - электронный блок, исполняющий машинные инструкции (код программы). Быстрота действия процессора определяется тактовой частотой. В настоящее время самыми мощными являются до 3..4 ГГц. Проблема в том, что с повышением частоты процессора увеличивается выделение теплоты в кубической степени (Q ~ ?3), поэтому чтобы повысить производительность процессора, его делают многоядерным. ДНК – одна из важнейших молекул в живых организмах, которая отвечает за хранение и передачу генетической информации, записанной в виде определенной последовательности нуклеотидов в двойной спирали. Для считывания информации молекулы ДНК необходимо, так называемое, открытое состояние, в котором происходит разрыв водородных связей комплементарных полинуклеотидных оснований и их конформационные движения вдоль цепочки. Процесс вращения оснований вокруг цепочки вызывает наибольший интерес, т.к. именно они ответственны за образование открытого состояния в процессе функционирования ДНК. С другой стороны, применение ДНК как функционального материала в нанобиоэлектронике, также является очень перспективным. Ученые пытаются сделать процессоры, в которых вместо полупроводников будут использовать молекулы ДНК. На сегодняшний день самый минимальный размер элемента полупроводникового прибора составляет примерно 14 нм, а толщина молекулы ДНК – 2 нм (20 A), то есть в 7 раз меньше, что позволит сделать микросхемы более компактными. Также у молекул ДНК пренебрежимо мала диссипация энергии по сравнению с полупроводниками, что значит выделение тепла будет во много раз меньше. Также молекула ДНК, как и полупроводники, имеет способность переносить заряд. При этом перенос заряда сопровождается изменениями конформационного состояния молекулы. Явление электронно-конформационного взаимодействия открывает перспективы управления переносом заряда в полимерных молекулах посредством внешнего воздействия на конформационные степени свободы. Исследование процессов переноса заряда в биомакромолекулах, в частности, вдоль фрагментов ДНК, является одним из важных направлений в современной биофизике и биохимии. В настоящее время не вызывает сомнения, что этот перенос возможен. Это доказывается множеством экспериментов по переносу заряда в ДНК, выполненных в последние полтора десятка лет [1]. Поэтому на сегодняшний день использование ДНК в перспективных устройствах молекулярной электроники является актуальным. Целью данной работы является моделирование процесса миграции конформационного возмущения вдоль молекулы ДНК. С этой целью были поставлены следующие задачи: 1) изучение литературы и выбор модели молекулы ДНК для дальнейшего моделирования; 2) разработка и отладка программы моделирования переноса конформационного возмущения вдоль молекулы ДНК; 3) получение результатов и их обсуждение. ?
Содержание

Введение 3 1. Структура и динамика молекулы ДНК 5 2. Методика исследования 23 3. Результаты исследования 24 Заключение 46 Литература 47 Приложение 49 ?
Список литературы

1. Schuster Ed., Heidelberg G.B. Long-Range Charge Transfer in DNA // Springer, 2004. – P. 236–237. 2. Watson J.D., Crick F.H.C. A structure of deoxyribose nucleic acid // Nature. 1953, V. 171. – P. 737-738. 3. Якушевич Л.В. Нелинейная физика ДНК. – М.: Ижевск: НИЦ «РХД». 2007. 252с. 4. Englander S.W., Kallenbach N. R., Heeger A. J., Krumhansl J.A. Nature of the open state in long polynucleotide double helices: possibility of soliton excitations. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1980 P. – 7222-7226. 5. Yomosa S. Soliton excitations in deoxyribonucleic acid (DNA) double helices // Phys. Rev. A. 1983. V. 27. № 4. P. 2120-2125. 6. Yomosa S. Solitary excitations in deoxyribonucleic acid (DNA) double helices // Phys. Rev. A. 1984. V. 30.№ 1. P. 474-480. 7. Zhang C. Soliton excitations in deoxyribonucleic acid (DNA) double helices // Phys. Rev. A. 1987. V. 35. № 2. P. 886-891. 8. Zhang C. Harmonic and subharmonic resonances of microwave absorption in DNA // Phys. Rev. A. 1989. V. 40. № 4. P. 2148-2153. 9. Peyrard M., Bishop A.R. Staistical Mechanics of a Nonlinear Model for DNA Denaturation // Phys. Rev. Lett. 1989. V. 62. № 23. P. 2755–2758. 10. Zdravkovic C., Tuszynski J.A., Sataric M.V. Peyrard-Bishop-Dauxois Model of DNA Dynamics and Impact of Viscosity // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. Vol. 2. 2005. P. 1-9. 11. Alexandrov B.S., Gelev V. et. al. DNA breathing dynamics in the presence of a terahertz field // Phys. Lett. A. Vol. 374. I. 10. 2010. P. 1214-1217. 12. Якушевич Л.В., Краснобаева Л.А. и др. Одно- и двухсолитонные решения уравнения синус-Гордона в приложении к ДНК // Биофизика. Т. 50. Вып. 3. 2005. С. 450-455. 13. Kivshar Y.S., Malomed B.A. et. al. Creation of sine-Gordon solitons by a pulse force // Phys. Rev. B. 1991. Vol. 43. №1. P. 1098-1109. 14. Якушевич Л.В., Краснобаева Л.А. Влияние диссипации и внешнего поля на динамику локальных конформационных возмущений в ДНК // Биофизика. 2007. Т. 52. Вып. 2. С. 237-243. 15. Kovaleva N.A., Manevitch L.I. Soliton-like oscillatory excitations of DNA molecule // Differential Equations and Nonlinear Mechanics. 2006 – www.emis.de/journals/HOA/DENM/8e53.pdf. 16. Gonzalez J.A., Holyst J.A. Solitary waves in one-dimensional damped systems // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 35. №7. P. 3643-3646. 17. Mann E. Systematic perturbation theory for sine-Gordon solitons without use of inverse scattering methods // J. Phys. A: Math. Gen. 30. 1997. P. 1227-1241. 18. Якушевич Л. В., Балашова В. Н., Закирьянов Ф. К. О движении кинка ДНК под действием постоянного торсионного момента // Матем. биология и биоинформ., 2016, том 11, выпуск 1, страницы 81–90. 19. Alex Kasman. DNA Solitons and Codon Bias // Department of Mathematics, College of Charleston. – P. 8. 20. Браун О.М., Кившарь Ю.С. Модель Френкеля-Конторовой. Концепции, методы, приложения. // М.: Физматлит, 2008. – 536 с. 21. Шаповалов А.В., Краснобаева Л.А. Солитоны уравнения синус-Гордон. // Томский гос. ун-т. - Томск : Томский гос. ун-т, 2009. - 191 с. 22. Лахно В.Д., Четвериков А.П. Возбуждение бабблов и бризеров в ДНК и их взаимодействие с носителями заряда // Институт математических проблем биологии, РАН, Пущино, 2013. – 3-4 с. 23. Коршунова А.Н., Лахно В.Д. Особенности движения полярона в молекулярных полинуклеотидных цепочках конечной длины при наличии в цепочке локализованных возбуждений // Матем. биология и биоинформ., 2017. том 12, выпуск 1, 204-224 с. 24. Коршунова А.Н., Лахно В.Д. Моделирование стационарных и нестационарных режимов движения заряда в однородной холстейновской цепочке в постоянном электрическом поле // Иститут математических проблем биологии, РАН, Пущино, 2018. 25. Фиалко Н.С., Лахно В.Д. Перенос заряда в 1D-цепочке «донор-мостик-акцептор» при T = 300 K // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2018, 5-7с.
Отрывок из работы

1. СТРУКТУРА И ДИНАМИКА МОЛЕКУЛЫ ДНК В 1953 г. Д.Уотсон и Ф. Крик [2] построили знаменитую модель двойной спирали молекулы ДНК, объясняющую главные особенности функционирования ДНК (рис. 1.1, 1). 1) 2) Рисунок 1.1 Структура молекулы ДНК Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек. Каждая цепочка состоит из трёх компонент: сахара, гетероциклического основания и фосфата. Основания расположены внутри спирали, а фосфаты и сахара снаружи. Полинуклеотидные цепочки удерживаются вместе посредством водородных связей между основаниями (рис. 1.1, 2). В ДНК встречаются 4 вида оснований. Два из них – аденин (А) и гуанин (Г) являются пуриновыми основаниями, а два других – тимин (Т) и цитозин (Ц) относятся к пиримидиновым основаниям (рис. 1.2). В модели Уотсона и Крика аденин соединяется с тимином двумя водородными связями, а гуанин соединяется с цитозином тройной водородной связью. В силу пространственного расположения сахаро-фосфатного остова и нуклеотидов, когда нуклеотиды накладывают один на другой и «сшивают» через сахаро-фосфатный остов, цепочка начинает заворачиваться, тем самым образуя двойную спираль.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg