اثر آرايش مولكول هاي آب و كاتيون هاي سديم بر منحني گذار مولكول دي ان اي ديكرسون: يك مطالعه شبيه سازي ديناميك مولكولي

The investigation of changes in arrangement of water molecules and salt ions around the DNA molecule in melting process: A Molecular Dynamics Simulation Study

شبيه سازي ديناميك مولكولي روي ساختار B-DNA با توالي (d(CGCGAATTCGCG و در محيطي با غلظت يك مولار از نمك سديم كلريد انجام شد. مطالعه در هفت دماي مختلف از 280 تا 400 كلوين با فاصله دمايي 20 كلوين با زمان شبيه سازي 50 نانو ثانيه براي هر دما انجام گرفت. در هر دما تابع توزيع شعاعي براي مولكول هاي آب و كاتيون هاي سديم در اطراف اتم هاي مختلفي از مولكول دي ان اي محاسبه شد. محاسبات نشان داد در طي فرآيند ذوب شدن كه مولكول دي ان اي از حالت دو رشته اي به تك رشته اي تغيير حالت مي دهد، مولكول هاي آب از اطراف مولكول دي ان اي آزاد مي شوند و در مقابل فاصله كاتيون هاي سديم از اتم هاي دي ان اي كاهش مي يابد. اين رفتار در محدوده دماي گذار به طور شارپ و تيزي روي نمي دهد. بنابراين آزاد شدن مولكول هاي آب و نزديك شدن كاتيون هاي سديم در تيزي منحني ذوب شدن موثر نيستند. بيشترين تعداد مولكول هاي آب اطراف اتم هاي اكسيژن گروه فسفات كه داراي بار منفي هستند، ديده مي شود. مولكول هاي آبي كه بعد از دماي گذار از شيار كوچك دي ان اي آزاد مي شوند بيشتر از شيار بزرگ است و همچنين نفوذ كاتيونها به شيار كوچك بيشتر از شيار بزرگ است. تبادل پروتون هاي ايمينو در تشكيل پيوندهاي هيدروژني بين بازهاي مكمل مشاهده شد. سرعت تبادل پروتون هاي ايمينو به نوع باز آروماتيك بستگي دارد و در باز آدنين سريعتر از گوانين و سيتوزين مي باشد.

We have performed molecular dynamics simulation on B-DNA duplex (CGCGAATTGCGC) at different temperatures. The DNA was immerged in a salt-water medium with 1 M NaCl concentration. At each temperature the radial distribution function is calculated for different atoms of DNA molecule. Almost for all atoms of the DNA by double helix single-stranded transition, the water molecules release from DNA duplex and cations ions are close to single-stranded DNA, but this behavior does not seen in melting temperature, clearly. Therefore release of water molecules and approaching of cations to DNA by increasing temperature does not affect in sharpness of transition curve. The most of the water molecules and cations are around the negatively charged phosphate oxygen atoms. The number of water molecules released form first shell hydration upon melting in minor groove is higher than major groove and intrusion of cations into minor groove after melting is higher than major groove. Imino-proton exchange rates are dependent to type of bases and influence on the hydration of protons.