МОДЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЛИННЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ДНК
Джелядин Т. Р., Сорокин А. А., Иванова Н. Н., Сивожелезов В. С., Камзолова С. Г., Полозов Р. В.
Институт биофизики клетки РАН, 142292 Пущино; *Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино
Не вызывает сомнения,
что электростатическое взаимодействие играет важную роль в процессах
ДНК-белкового узнавания. Однако, в то время как электростатические
свойства белков и их роль во взаимодействии с ДНК достаточно широко
исследованы, влияние электростатических свойств ДНК на этот процесс
до сих пор остается мало изученным. Объясняется это главным образом
тем, что сложность исследуемой системы делает невозможными точные
теоретические расчеты электростатического потенциала длинных последовательностей
ДНК. В настоящее время потенциал коротких фрагментов ДНК рассчитывают
с использованием нелинейного уравнения Пуассона-Больцмана, а длинные
однородные последовательности рассматриваются в приближении Дебая-Хюккеля
с использованием периодических граничных условий. Однако эти методы
неприменимы к изучению электростатических свойств длинных природных
последовательностей ДНК, содержащих участки связывания специфических
белков. В настоящей работе предложен метод расчета электростатического
потенциала длинных последовательностей ДНК, основанный на простой
Кулоновской формуле. Диэлектрическая постоянная, пропорциональная
расстоянию между точками, выбрана для учета свойств окружающей
среды. Однако, хотя образование двойного слоя и экранировка противоионами
не может быть учтена в этой простейшей модели, полученные результаты
могут быть использованы для качественного сравнительного анализа
распределения электростатического потенциала вокруг длинных участков
ДНК. Для сравнения распределение потенциала вокруг polyd(AT))·polyd(TA)
было рассчитано простым кулоновским методом и с использованием
нелинейного уравнения Пуассона Больцмана. Топологические свойства
двух распределений находятся в хорошем соответствии между собой
и с результатами расчетов в приближении Дебая-Хюккеля. Таким образом,
наша простая модель, сохраняя основные особенности распределения
потенциала вокруг ДНК, позволяет проводить расчеты для длинных
последовательностей. Этот метод был использован для оценки распределения
потенциала вокруг нескольких десятков фрагментов ДНК, содержащих
промоторные последовательности.