دینامیک حباب و نحوه ی شکل گیری آن در مارپیچ دوگانه DNA

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه فیزیک دانشگاه صنعتی ارومیه

2 دانشجو، دانشگاه صنعتی ارومیه، گروه فیزیک

3 دانشجوی دکتری

چکیده

از دیدگاه فیزیک آماری باز شدن محلی DNA یک پدیده ی جذاب به شمار می آید. دناتوراسیون محلی مارپیچ دوگانه DNA یک الگوی اساسی برای توابع بیولوژیکی مانند تکرار و رونویسی از DNA می باشد.مدل های مزوسکوپی مانند دو مدل PB و PBD دقت زیادی برای نشان دادن منحنی دناتوراسیون و انتقال فاز در حد ترمودینامیکی دارند، بر این اساس در این مقاله با استفاده از کسر مولکول های باز شده و همچنین کسر جفت بازهای باز شده در رشته دوگانه DNA، به مقایسه نحوه احتمال تشکیل حباب در دو مدل گفته شده پرداخته شده است. همچنین با استفاده از طیف ابعاد رنی به بررسی نقاط پیش ذوب و دمای دناتوراسیون در مدل PBD پرداخته شده است. بعد رنی بعنوان ابزاری برای تأیید نتایج قبلی و پیشگویی نتایج مورد استفاده قرار گرفته است که بخوبی می تواند نقاط بحرانی سیستم را مشخص کند.در نهایت مشخص می شود مدل غیر خطی PBD به صورت بهتر و جامع تر منحنی تشکیل حباب را نشان داده است

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Bubble Dynamics and its formation in the DNA double helix

نویسندگان [English]

  • Sohrab Behnia 1
  • Shima Fattahi 2
  • Samira Fathizadeh 3
2 Department of physics, Urmia University of Technology
3 Department of physics, Urmia University of Technology
چکیده [English]

The local opening of DNA is an intriguing phenomenon from a statistical physics point of view. The denaturation of the double helix is a template for fundamental biological functions such as replication and transcription in evolving the formation of local fluctuational openings. Mesoscopic models, like the PB model and PBD model, have fairly accurately reproduced some experimental denaturation curves and the sharp phase transition in the thermodynamic limit. Here, using the fraction of open base-pairs and fraction of open molecules in the double-stranded state, we have compared the possibility of bubble formation in models. Also, it can be concluded that the Renyi dimension (Dq) is the characteristic signature of pre-melting and thermal denaturation of DNA. Renyi dimension has been used for verification and prediction the results which has determined the critical point of system. Finally, it was clear that the PBD model explain clearly the process of creating of bubble in DNA and its dynamics.

کلیدواژه‌ها [English]

  • DNA
  • bubble
  • denaturation
  • DNA melting

1. Zoli,M.; (2014). J.Theor.Biol. 354:95-104.
2. Rapti, Z.; Smerzi,A.; Bishop,A. R.; Choi,C. H. and Usheva,A.;(2006).Europhys.
Lett. 74: 540.
3. Palmeri ,J.; Manghi,M. and Destainville,N.;(2008).Phys. Rev. E. 77: 011913.
4. Rapti,Z.;Rasmussen,K. Ø. and Bishop,A. R.;(2011).J. Nonlinear. Math. Phys.
18: 381-396.
5. Zoli,M.;(2010).Phys. Rev. E. 81:051910.
6. Fogedby,H. C. and Metzler,R.;(2007). Phys.Rev.Lett. 98: 070601.

7. Zrimec,J. and Lapanje,A.;(2015).IEEE/ACM Trans. Comput. Biol. Bioinf. 12: 1137-1145.

8. Daniel,M. and Vanitha,M.;(2011).Phys. Rev. E. 84:031928.

9. Chakrabarti,R.;(2011). Chem. Phys. Lett. 502:107-111.

10. Van Erp,T. S.;Cuesta-Lopez,S. and Peyrard,M.;(2006). Eur. Phys. J. E. 20: 421-434

11. Bergues-Pupo,A. E.; Bergues,J. and Mand Falo,F.;(2014).Phys A: 396: 99-107.

12. Behnia,S.; Akhshani,A.; Panahi,M.;Mobaraki,A. and Ghaderian,M.; (2011).Phys. Rev. E. 84:031918.

13. Peyrard,M. and Bishop,A. R.;(1989). Phys.Rev.Lett.62: 2755.

14. Frank Kamenetskii,M. D. and Prakash,S.;(2014). Phys.Life.Rev. 11: 153-170.

15. Zhang, Y. L.; Zheng,W. M.;Liu,J. X. and Chen,Y. Z.;(1997).Phys. Rev. E. 56: 7100.

16. vanErp,T. S. and Peyrard, M.;(2012). Europhys. Lett. 98: 48004.

17. Bergues-Pupo,A. E. and Bergues,J. M.;(2013). Phys. Rev. E. 87: 022703.

18. Tapia-Rojo, R.; Prada-Gracia, D.;Mazo, J. J. and Falo, F.; (2012). Phys. Rev. E.86:021908.

19. Ares, S. and Kalosakas, G.; (2007). Nano. Lett. 7: 307-311.

20. Behnia, S.; Fathizadeh, S. and Akhshani, A.; (2016). J. Phys. Chem. C. 120:2973-2983.

21. Dauxois, T.; Peyrard, M. and Bishop, A. R.; (1993). Phys. Rev. E. 47: 684.

22. Zeng, Y., Montrichok, A., and Zocchi, G.; (2004). J. mol. Biol. 339: 67-75.

23. Badii, R. and Politi, A.;(1987). Phys. Rev.A.35: 1288.

24. Halsey,T.C.; Jensen, M.H.;Kadonoff, L.P.;Procaccia, I. and Shraiman, B.I.;(1986). Phys. Rev. A 33:1441.

25. Grassberger, P.;(1983).Phys. Lett. A.97: 224.

26. Hentschel, H. G. E. and Procaccia, I.;(1983). Physica D.8: 435.

27. Ares,S.;Voulgarakis,N. K.;Rasmussen,K. Ø. and Bishop,A. R.;(2005). Phys. Rev. Lett. 94: 035504.

28. Mishra,G.;Sadhukhan,P.;Bhattacharjee,S. M. and Kumar,S.;(2013).Phys. Rev. E. 87: 022718.

29. Jost,D.;Zubair,A. and Everaers,R.;(2011).Phys. Rev. E. 84: 031912.

30. Tapia-Rojo,R.; Mazo,J. J. and Falo,F.;(2010). Phys. Rev. E. 82:031916.

31. vanErp,T.S.; Cuesta-Lopez,S.;Hagmann,J. G. and Peyrard,M.;(2005). Phys. Rev. Lett .95:218104.