- •Якушевич Л. В.
- •ISBN 978-5-93972-638-2
- •http://shop.rcd.ru
- •Оглавление
- •Структура ДНК
- •1.1. Химический состав и первичная структура
- •1.2• Пространственная геометрия и вторичная структура
- •1.3. Силы, стабилизирующие вторичную структуру ДНК
- •1.3.1. Водородные взаимодействия
- •1.3.2. Стэкинговые взаимодействия
- •1.3.3. Дальнодействующие силы внутри и снаружи сахарофосфатного остова
- •1.3.4. Электростатическое поле ДНК
- •1.4. Полиморфизм
- •1.5. Третичная структура
- •1.5.1. Суперспираль
- •1.5.2. Структурная организация в клетках
- •1.6. Моделирование структуры ДНК
- •1.6.1. Общие замечания
- •1.6.2. Иерархия структурных моделей
- •1.7. Экспериментальные методы исследования структуры ДНК
- •Динамика ДНК
- •2.1. Общая картина внутренней подвижности ДНК
- •2.2. Крутильные и изгибные движения
- •2.3. Динамика оснований
- •2.3.1. Состояние равновесия
- •2.3.2. Возможные движения оснований
- •2.4. Динамика сахарофосфатного остова
- •2.4.1. Состояние равновесия
- •2.4.2. Возможные движения сахарофосфатного остова
- •2.5. Конформационные переходы
- •2.6. Движения, связанные с локальным разделением нитей
- •2.6.1. Раскрытие пар оснований вследствие вращения оснований
- •2.7. Моделирование динамики ДНК
- •2.7.2. Иерархия динамических моделей
- •2.8. Экспериментальные методы изучения динамики ДНК
- •2.8Д. Раман-спектроскопия
- •2.8.2. Рассеяние нейтронов
- •2.8.3. Инфракрасная спектроскопия
- •2.8.4. Водородно-дейтериевый (-тритиевый) обмен
- •2.8.5. Микроволновое поглощение
- •2.8.7. Эксперименты по переносу заряда
- •2.8.8. Эксперименты с отдельными молекулами
- •Функционирование ДНК
- •3.1. Физические аспекты функционирования ДНК
- •3.2. Интеркаляция
- •3.3. Белок-нуклеиновое узнавание
- •3.4. Экспрессия генома
- •3.5. Регуляция генной экспрессии
- •3.6. Репликация
- •Линейная теория ДНК
- •4.1. Основные математические модели
- •4.1.1. Линейная модель упругого стержня
- •4.1.1.1. Продольные и крутильные движения: дискретный случай
- •4.1.1.3. Изгибные движения
- •4.1.2. Линейная модель двойного упругого стержня
- •4.1.2.1. Дискретный случай
- •4Л.2.2. Непрерывный случай
- •4.1.3. Линейные модели более высоких уровней иерархии
- •4.1.3.1. Модели третьего уровня
- •4.1.3.2. Модели четвертого уровня (решеточные модели)
- •4.2. Статистика линейных возбуждений
- •4.2.1. Фононы в модели упругого стержня
- •4.2.1.1. Общее решение модельных уравнений
- •4.2.1.2. Представление вторичного квантования
- •4.2.1.3. Корреляционные функции
- •4.2.2. Фононы в модели двойного стержня
- •4.2.2.1. Общее решение модельных уравнений
- •4.2.2.2. Представление вторичного квантования
- •4.2.2.3. Корреляционные функции
- •4.2.3. Фононы в моделях более высокого уровня
- •4.3. Задача рассеяния
- •4.3.1. Рассеяние на «замороженной» ДНК
- •4.3.2. Упругое рассеяние
- •4.3.3. Неупругое рассеяние
- •4,4. Линейная теория и эксперимент
- •4.4.1. Флуоресцентная деполяризация
- •Нелинейная теория ДНК. Идеальные динамические модели
- •5.1. Нелинейное математическое моделирование: основные принципы и ограничения
- •5.2. Нелинейные модели упругого стержня
- •5.2.1. Модель Муто
- •5.2.2. Модель Христиансена
- •5.2.3. Модель Ичикавы
- •5.3. Нелинейные модели двойного упругого стержня
- •5.3.1. Общий случай: гамильтониан
- •5.3.2. Общий случай: динамические уравнения
- •5.3.ЗЛ. Дискретный случай
- •5.3.3.3. Линейное приближение
- •5.3.3.4. Первый интеграл
- •5.3.3.5. Решения в виде кинков, полученные методом Ньютона
- •5.3.3.6. Решения в виде кинков, найденные методом Херемана
- •5.3.4. Модель Пейарда и Бишопа
- •5.3.6. Модель Барби
- •5.3.7. Модель Кампы
- •5.4. Нелинейные модели более высоких уровней иерархии
- •5.4.1. Модель Крумхансла и Алекзандер
- •5.4.2. Модель Волкова
- •Нелинейная теория ДНК: неидеальные модели
- •6.1. Модели, учитывающие влияние окружающей среды
- •6.1.2. Частные примеры
- •6.1.3. ДНК и термостат
- •6.2. Модели, учитывающие неоднородность ДНК
- •6.2.1. Граница
- •6.2.2. Локальная область
- •6.2.3. Последовательность оснований
- •6.3. Модели, учитывающие спиральность ДНК
- •6.4. Модели, учитывающие асимметрию ДНК
- •Нелинейная теория ДНК: статистика нелинейных возмущений
- •7.1. ПБД-подход
- •7.2. Приближение идеального газа
- •7.3. Задача рассеяния и нелинейные математические модели
- •7.3.1. Динамический фактор для простой модели синус-Гордона
- •7.3.2. Динамический фактор для спиральной модели синус-Гордона
- •Экспериментальные исследования нелинейных свойств ДНК
- •8.1. Водородно-дейтериевый (-тритиевый) обмен
- •8.2. Резонансное микроволновое поглощение
- •8.3. Рассеяние нейтронов и света
- •8.3.2. Интерпретация Баверстока и Кундалла
- •8.4. Флуоресцентная деполяризация
- •9.1. Нелинейный механизм конформационных переходов
- •9.2. Нелинейные конформационные волны и эффекты дальнодействия
- •9.3. Нелинейные механизмы регуляции транскрипции
- •9.4. Направление процесса транскрипции
- •9.5. Нелинейная модель денатурации ДНК
- •Математическое описание крутильных и изгибных движений
- •Литература
- •Предметный указатель
Оглавление
Предисловие к первому изданию на английском языке |
4 |
||
Предисловие ко второму изданию на английском языке |
8 |
||
Предисловие к изданию на русском языке |
9 |
||
Глава 1. Структура ДНК |
15 |
||
1.1. |
Химический состав и первичная структура |
15 |
|
1.2. |
Пространственная геометрия и вторичная структура |
18 |
|
1.3. |
Силы, стабилизирующие вторичную структуру ДНК |
19 |
|
|
1.3.1. |
Водородные взаимодействия |
20 |
|
1.3.2. |
Стэкинговые взаимодействия |
21 |
|
1.3.3. |
Дальнодействующие силы внутри и снаружи саха |
22 |
|
|
рофосфатного остова |
|
|
1.3.4. |
Электростатическое поле ДНК |
23 |
1.4. |
Полиморфизм |
23 |
|
1.5. |
Третичная структура |
25 |
|
|
1.5.1. |
Суперспираль |
26 |
|
1.5.2. |
Структурная организация в клетках |
26 |
1.6. |
Моделирование структуры ДНК |
27 |
|
|
1.6.1. |
Общие замечания |
28 |
|
1.6.2. |
Иерархия структурных моделей |
29 |
1.7 Экспериментальные методы исследования структуры ДНК |
34 |
||
Глава 2. |
Динамика ДНК |
36 |
|
2.1. Общая картина внутренней подвижности ДНК |
36 |
||
2.2. |
Крутильные и изгибные движения |
39 |
|
2.3. |
Динамика оснований |
41 |
|
|
2.3.1. |
Состояние равновесия |
41 |
|
2.3.2. |
Возможные движения оснований |
41 |
2.4. |
Динамика сахарофосфатного остова |
44 |
|
|
2.4.1. |
Состояние равновесия |
44 |
|
2.4.2. |
Возможные движения сахарофосфатного остова |
44 |
2.5. |
Конформационные переходы |
47 |
|||
|
2.5.1. |
В —> А-переход |
47 |
||
|
2.5.2. |
В —* Z -переход |
48 |
||
2.6. |
Движения, связанные с локальным разделениемнитей |
49 |
|||
|
2.6.1. Раскрытие пар оснований вследствие вращения |
|
|||
|
|
|
оснований |
49 |
|
|
2.6.2. |
Поперечные смещения нуклеотидов |
50 |
||
2.7 |
|
Моделирование динамики ДНК |
50 |
||
|
2.7.1. |
Основные принципы моделирования |
50 |
||
|
2.7.2. |
Иерархия динамических моделей |
51 |
||
2.8. |
|
Экспериментальные методы изучения динамики ДНК |
54 |
||
|
2.8.1. |
Раман-спектроскопия |
54 |
||
|
2.8.2. |
Рассеяние нейтронов |
56 |
||
|
2.8.3. |
Инфракрасная спектроскопия |
58 |
||
|
2.8.4. |
Водородно-дейтериевый (-тритиевый) обмен |
59 |
||
|
2.8.5. |
Микроволновое поглощение |
60 |
||
|
2.8.6. |
ЯМР |
|
60 |
|
|
2.8.7 |
Эксперименты по переносу заряда |
61 |
||
|
|
2.8.8. Эксперименты с отдельными молекулами |
62 |
||
Глава 3. |
Функционирование ДНК |
63 |
|||
3.1. |
|
Физические аспекты функционирования ДНК |
63 |
||
3.2. |
|
Интеркаляция |
|
65 |
|
3.3. |
|
Белок-нуклеиновое узнавание |
66 |
||
3.4. |
|
Экспрессия генома |
67 |
||
3.5. |
|
Регуляция генной экспрессии |
70 |
||
3.6. |
|
Репликация |
|
72 |
|
Глава 4. |
Линейная теория ДНК |
74 |
|||
4.1. |
|
Основные математические модели |
74 |
||
|
|
4.1.1. |
Линейная модель упругого стержня |
75 |
|
|
|
|
4.1.1.1. |
Продольные и крутильные движения: дис |
|
|
|
|
4.1.1.2. |
кретный случай |
75 |
|
|
|
Продольные и крутильныедвижения: непре |
|
|
|
|
|
|
рывный случай |
78 |
|
|
|
4.1.1.3. |
Изгибные движения |
80 |
|
|
4.1.2. |
Линейная модель двойного упругого стержня |
81 |
|
|
|
|
4.1.2.1. |
Дискретный случай |
82 |
|
|
|
4.1.2.2. |
Непрерывный случай |
84 |
|
|
4.1.3. |
Линейные модели более высоких уровнейиерархии |
85 |
|
|
4.1.3.1. |
Модели третьего уровня |
|
86 |
|
|
4.1.3.2. |
Модели четвертого уровня |
(решеточные |
|
|
|
|
модели) |
|
87 |
4.2. |
Статистика линейных возбуждений |
|
88 |
||
|
4.2.1. |
Фононы |
в модели упругого стержня |
|
88 |
|
|
4.2.1.1. |
Общее решение модельных уравнений |
88 |
|
|
|
4.2.1.2. |
Представление вторичного квантования |
90 |
|
|
|
4.2.1.3. |
Корреляционные функции |
|
91 |
|
4.2.2. |
Фононы |
в модели двойного стержня |
|
92 |
|
|
4.2.2.1. |
Общее решение модельных уравнений |
94 |
|
|
|
4.2.2.2. |
Представление вторичного квантования |
96 |
|
|
|
4.2.2.3. |
Корреляционные функции |
|
97 |
|
4.2.3. |
Фононы |
в моделях более высокого уровня |
98 |
|
4.3. |
Задача рассеяния |
|
99 |
||
|
4.3.1. |
Рассеяние на «замороженной» ДНК |
|
100 |
|
|
4.3.2. |
Упругое рассеяние |
|
102 |
|
|
4.3.3. |
Неупругое рассеяние |
|
103 |
|
4.4. |
Линейная теория и эксперимент |
|
108 |
||
|
4.4.1. |
Флуоресцентная деполяризация |
|
108 |
|
|
4.4.2. Низкочастотные спектры: нейтронное рассеяние, |
|
|||
|
|
инфракрасное рассеяние, рамановское рассеяние. |
|
||
|
|
Скорость звука |
|
109 |
|
Глава |
5. Нелинейная теория ДНК. Идеальные |
динамические |
|
||
модели |
|
|
|
ПО |
5.1.Нелинейное математическое моделирование:основные прин
|
ципы и ограничения |
110 |
||
5.2. |
Нелинейные модели упругого стержня |
114 |
||
|
5.2.1. |
Модель Муто |
115 |
|
|
5.2.2. |
Модель Христиансена |
116 |
|
|
5.2.3. |
Модель Ичикавы |
117 |
|
5.3. |
Нелинейные модели двойного упругого стержня |
120 |
||
|
5.3.1. |
Общий случай: гамильтониан |
120 |
|
|
5.3.2. |
Общий случай: динамические уравнения |
120 |
|
|
5.3.3. |
Y-модель |
121 |
|
|
|
5.3.3.1. |
Дискретный случай |
122 |
|
|
5.3.3.2. |
Непрерывный случай |
124 |
|
|
5.3.3.3. |
Линейное приближение |
125 |
|
|
5.3.3.4. |
Первый интеграл |
126 |
5.3.3.5. |
Решения в виде кинков, полученные мето |
|
5.3.3.6. |
дом Ньютона |
127 |
Решения в виде кинков, |
найденные мето |
|
|
дом Херемана |
131 |
|
5.3.4. |
Модель Пейарда и Бишопа |
137 |
|
5.3.5. |
Модель двойного стержня Муто |
138 |
|
5.3.6. |
Модель Барби |
141 |
|
5.3.7 |
Модель Кампы |
142 |
5.4. |
Нелинейные модели более высоких уровней иерархии |
143 |
|
|
5.4.1. |
Модель Крумхансла и Алекзандер |
144 |
|
5.4.2. |
Модель Волкова |
147 |
Глава 6. |
Нелинейная теория ДНК: неидеальные модели |
151 |
|
6.1. Модели, учитывающие влияние окружающей среды |
151 |
||
|
6.1.1. |
Общий подход |
152 |
|
6.1.2. |
Частные примеры |
157 |
|
6.1.3. |
ДНК и термостат |
159 |
6.2. |
Модели, учитывающие неоднородность ДНК |
160 |
|
|
6.2.1. |
Граница |
160 |
|
6.2.2. |
Локальная область |
163 |
|
6.2.3. |
Последовательность оснований |
165 |
6.3. |
Модели, учитывающие спиральность ДНК |
166 |
|
6.4. |
Модели, учитывающие асимметрию ДНК |
169 |
|
Глава 7. Нелинейная теория ДНК: статистика нелинейных воз |
|
||
мущений |
|
172 |
|
7.1. |
ПБД-подход |
172 |
|
7.2. |
Приближение идеального газа |
175 |
|
7.3. |
Задача рассеяния и нелинейные математические модели |
178 |
|
|
7.3.1. |
Динамический фактор для простой модели синус- |
|
|
|
Гордона |
179 |
|
7.3.2. Динамический фактор для спиральной модели синус- |
|
|
|
|
Гордона |
182 |
|
7.3.3. Динамический фактор дляУ-модели |
184 |
|
Глава 8. Экспериментальные исследования нелинейных свойств |
|
||
ДНК |
|
193 |
|
8.1. |
Водородно-дейтериевый (-тритиевый) обмен |
193 |
|
8.2. |
Резонансное микроволновое поглощение |
195 |
|
8.3. |
Рассеяние нейтронов и света |
197 |
|
8.3.1. |
Интерпретация Федянина и Якушевич |
197 |
|
8.3.2. |
Интерпретация Баверстока и Кундалла |
201 |
8.4. |
Флуоресцентная деполяризация |
202 |
|
Глава 9. |
Нелинейность и функционирование ДНК |
203 |
|
9.1. |
Нелинейный механизм конформационных переходов |
203 |
|
9.2. |
Нелинейные конформационные волны и эффектыдально |
|
|
|
действия |
205 |
|
9.3. |
Нелинейные механизмы регуляции транскрипции |
207 |
|
9.4. |
Направление процесса транскрипции |
209 |
|
9.5. |
Нелинейная модель денатурации ДНК |
211 |
|
Приложение А. Математическое описание крутильных и изгиб- |
|
||
ных движений |
214 |
Приложение В. Структурные и динамические параметры ДНК 217
Литература. |
221 |
Предметный указатель |
248 |