Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки
The structurization of DNA counterions around the double helix has been studied by the molecular dynamics method. A DNA dodecamer d(CGCGAATTCGCG) in a water solution with alkali metal counterions Na+, K+, and Cs+ has been simulated. The systems have been considered in the regimes without excess salt...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Publishing house "Academperiodika"
2019
|
| Online Zugang: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019235 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Journal of Physics |
Institution
Ukrainian Journal of Physics| id |
ujp2-article-2019235 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| spelling |
ujp2-article-20192352019-04-11T08:03:31Z Structurization of Counterions Around DNA Double Helix: a Molecular Dynamics Study Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки Liubysh, O. O. Vlasiuk, A. V. Perepelytsya, S. M. DNA macromolecule structure counterions molecular dynamics - The structurization of DNA counterions around the double helix has been studied by the molecular dynamics method. A DNA dodecamer d(CGCGAATTCGCG) in a water solution with alkali metal counterions Na+, K+, and Cs+ has been simulated. The systems have been considered in the regimes without excess salt and with different added salts (0.5 M of NaCl, KCl, or CsCl). The results have shown that the Na+ counterions interact with the phosphate groups directly from outside of the double helix and via water molecules at the top edge of the DNA minor groove. The potassium ions are mostly localized in the grooves of the double helix, and the cesium ions penetrate deeply inside the minor groove, being bonded directly to atoms of the nucleic bases. Due to the electrostatic repulsion, the chlorine ions tend to be localized at large distances from the DNA polyanion, but some Cl− anions have been detected near atomic groups of the double helix, by forming electrically neutral pairs with counterions already condensed on DNA. The DNA sites, where counterions are incorporated, are characterized by local changes in the double helix structure. The lifetime of Na+ and K+ in the complex with DNA atomic groups is less than 0.5 ns, while it can reach several nanoseconds in the case of cesium ions. On this time scale, the Cs+ counterions form a structured system of charges in the DNA minor groove that can be considered as ionic lattice. Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК дослiджувалося за допомогою методу молекулярної динамiки. Моделювання проводилося для додекамера ДНК d(CGCGAATTCGCG) з протиiонами лужних металiв Na+, K+ та Cs+ у водному середовищi. Розглядалися системи без надлишкової солi та з додаванням рiзних солей (NaCl, KCl або CsCl з концентрацiєю 0,5 M). Результати показали, що протиiони Na+ взаємодiють з фосфатними групами безпосередньо з зовнiшньої сторони подвiйної спiралi i через молекули води на поверхнi мiнорного жолоба ДНК. Iони калiю локалiзуються переважно в жолобах подвiйної спiралi, а iони цезiю проникають глибоко всередину мiнорного жолоба, безпосередньо зв’язуючись з нуклеїновими основами. За рахунок електростатичного вiдштовхування iони хлору, зазвичай, знаходяться на великих вiдстанях вiд ДНК, проте деякi анiони Cl− спостерiгалися поблизу атомних груп подвiйної спiралi, формуючи електрично нейтральнi пари з протиiонами, якi вже сконденсувалися на полiанiонi ДНК. В мiсцях зв’язування протиiонiв з ДНК спостерiгалися змiни локальної структури подвiйної спiралi. Час життя Na+ та K+ менший за 0,5 нс, а у випадку iонiв цезiю може сягати декiлькох наносекунд. У цьому масштабi часу протиiони Cs+ формують впорядковану систему зарядiв в мiнорному жолобi ДНК, яку можна розглядати як iонну ґратку. Publishing house "Academperiodika" 2019-01-18 Article Article Peer-reviewed Рецензована стаття application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019235 10.15407/ujpe60.05.0433 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 60 No. 5 (2015); 433 Український фізичний журнал; Том 60 № 5 (2015); 433 2071-0194 2071-0186 10.15407/ujpe60.05 en https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019235/1221 Copyright (c) 2019 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |
| institution |
Ukrainian Journal of Physics |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2019-04-11T08:03:31Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic_facet |
DNA macromolecule structure counterions molecular dynamics - |
| format |
Article |
| author |
Liubysh, O. O. Vlasiuk, A. V. Perepelytsya, S. M. |
| spellingShingle |
Liubysh, O. O. Vlasiuk, A. V. Perepelytsya, S. M. Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки |
| author_facet |
Liubysh, O. O. Vlasiuk, A. V. Perepelytsya, S. M. |
| author_sort |
Liubysh, O. O. |
| title |
Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки |
| title_short |
Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки |
| title_full |
Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки |
| title_fullStr |
Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки |
| title_full_unstemmed |
Структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi ДНК: дослiдження методом молекулярної динамiки |
| title_sort |
структурування протиiонiв навколо подвiйної спiралi днк: дослiдження методом молекулярної динамiки |
| title_alt |
Structurization of Counterions Around DNA Double Helix: a Molecular Dynamics Study |
| description |
The structurization of DNA counterions around the double helix has been studied by the molecular dynamics method. A DNA dodecamer d(CGCGAATTCGCG) in a water solution with alkali metal counterions Na+, K+, and Cs+ has been simulated. The systems have been considered in the regimes without excess salt and with different added salts (0.5 M of NaCl, KCl, or CsCl). The results have shown that the Na+ counterions interact with the phosphate groups directly from outside of the double helix and via water molecules at the top edge of the DNA minor groove. The potassium ions are mostly localized in the grooves of the double helix, and the cesium ions penetrate deeply inside the minor groove, being bonded directly to atoms of the nucleic bases. Due to the electrostatic repulsion, the chlorine ions tend to be localized at large distances from the DNA polyanion, but some Cl− anions have been detected near atomic groups of the double helix, by forming electrically neutral pairs with counterions already condensed on DNA. The DNA sites, where counterions are incorporated, are characterized by local changes in the double helix structure. The lifetime of Na+ and K+ in the complex with DNA atomic groups is less than 0.5 ns, while it can reach several nanoseconds in the case of cesium ions. On this time scale, the Cs+ counterions form a structured system of charges in the DNA minor groove that can be considered as ionic lattice. |
| publisher |
Publishing house "Academperiodika" |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019235 |
| work_keys_str_mv |
AT liubyshoo structurizationofcounterionsarounddnadoublehelixamoleculardynamicsstudy AT vlasiukav structurizationofcounterionsarounddnadoublehelixamoleculardynamicsstudy AT perepelytsyasm structurizationofcounterionsarounddnadoublehelixamoleculardynamicsstudy AT liubyshoo strukturuvannâprotiionivnavkolopodvijnoíspiralidnkdoslidžennâmetodommolekulârnoídinamiki AT vlasiukav strukturuvannâprotiionivnavkolopodvijnoíspiralidnkdoslidžennâmetodommolekulârnoídinamiki AT perepelytsyasm strukturuvannâprotiionivnavkolopodvijnoíspiralidnkdoslidžennâmetodommolekulârnoídinamiki |
| first_indexed |
2025-10-02T01:16:13Z |
| last_indexed |
2025-10-02T01:16:13Z |
| _version_ |
1851765195756535808 |