• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15.11.2021
ФизТех
6 259

Ученые смоделировали «лучшую» воду для ДНК

4.4

Исследователи из МФТИ совместно с коллегами из Сколково и Вирджинии (США) сравнили модельное распределение натрия и калия в разных растворах вокруг ДНК с экспериментами. Моделирования с разными моделями воды повторяли разные экспериментальные данные лучше других. Модели воды отличаются взаимным расположением и величиной зарядов, иллюстрирующих молекулу воды. Полученные результаты помогут точнее моделировать поведение ДНК, в том числе для разработки возможных лекарств от рака.

Ученые смоделировали «лучшую» воду для ДНК / ©Getty images

Работа опубликована в журнале Journal of Chemical Theory and Computation. Клетка в течение своей жизни использует записанную в ДНК информацию для синтеза необходимых для жизни белков и РНК. В клетках животных и человека ДНК свернута в хромосомы, которые находятся в ядре, где концентрация калия значительно превышает концентрацию натрия. В то же время экспериментальные растворы, в которых содержится ДНК, обычно содержат хлорид натрия, что отличает их от природной среды хранения ДНК.

Это может повлиять на результаты экспериментов и отдалить их от реальности. В клетке ионы, окружающие ДНК, необходимы для стабилизации ее структуры. Обе нити ДНК несут на себе большой отрицательный заряд, из-за которого в отсутствие ионов и воды нити молекулы могут разъединиться. Экранирование заряда молекулами воды и ионами не позволяет нитям оттолкнуться друг от друга.

Взаимодействие нитей ДНК друг с другом регулируется распределением ионов вокруг ДНК. Также для правильного функционирования ДНК и РНК часто необходимо связывание иона натрия или калия в специфичном кармане между нуклеотидами. Например, структура из четырех нуклеотидов — G-квартет (рисунок 1) стабилизируется ионом калия в центре. G-квартет играет важную роль в развитии рака. Возможно, воздействие на него поможет приблизиться к излечению некоторых онкологических заболеваний.

Рисунок 1. Несколько G-квартетов составляют G-квадруплекс / ©Molecules

Для исследования взаимодействий ионов с ДНК хорошо подходит моделирование методом молекулярной динамики. Оно позволяет вычислять зависимости координат атомов от времени. На скорости движения ионов и атомов ДНК влияют используемая в симуляции модель воды и параметры ионов. Для точного моделирования критически важно подобрать верные параметры составляющих системы.

Авторы сделали симуляции ДНК в растворах хлоридов натрия и калия с использованием четырех наиболее широко применяемых комбинаций моделей воды и ионов. Ученые вычислили зависимости концентрации ионов натрия и калия от расстояния до оси ДНК (рисунок 2) и сравнили их между собой. Также некоторые детали распределений удалось сравнить с имеющимися экспериментальными результатами.

Рисунок 2. Вычисленные зависимости концентрации ионов от расстояния до оси ДНК в симуляциях с использованием разных моделей воды / ©Journal of Chemical Theory and Computation

Оказалось, что при использовании одной из моделей воды ионы калия связывались с ДНК в специфических сайтах гораздо лучше, чем в остальных симуляциях, что соответствует экспериментальным наблюдениям. Однако в симуляциях с этой моделью воды ионы натрия притягивались к ДНК в слишком больших количествах. Модель OPC (optimal point charge) с одним из наборов параметров ионов показала удовлетворительное связывание калия с ДНК и нужное количество сконденсированного на ДНК натрия. Она может быть использована как компромиссный вариант. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 16:32
Александр Березин

Скорее всего, это первое полноценное использование принципиально нового истребителя по его прямому назначению.

Вчера, 18:00
Алиса Гаджиева

Археологи открыли древнее государство с помощью лидара.

Позавчера, 18:08
Александр Березин

Хотя исследователи полагают, что им был Homo sapiens, новые данные вполне совместимы и с другими видами людей.

23 мая
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

Вчера, 16:32
Александр Березин

Скорее всего, это первое полноценное использование принципиально нового истребителя по его прямому назначению.

20 мая
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

28 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования составили таблицу ожидаемой продолжительностью жизни для собак 18 чистокровных пород и метисов. Кроме того, они узнали, кто живет дольше — суки или кобели, кастрированные или нет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: