Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки
The DNA double helix is a polyanionic macromolecule that is neutralized in water solutions by metal ions (counterions). The property of counterions to stabilize the water network (positive hydration) or to make it friable (negative hydration) is important in terms of the physical mechanisms of stabi...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Publishing house "Academperiodika"
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019678 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Journal of Physics |
Репозитарії
Ukrainian Journal of Physics| id |
ujp2-article-2019678 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| spelling |
ujp2-article-20196782020-06-11T13:44:12Z Positively and Negatively Hydrated Counterions in Molecular Dynamics Simulations of DNA Double Helix Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки Perepelytsya, S. DNA counterion hydration residence time molecular dynamics - The DNA double helix is a polyanionic macromolecule that is neutralized in water solutions by metal ions (counterions). The property of counterions to stabilize the water network (positive hydration) or to make it friable (negative hydration) is important in terms of the physical mechanisms of stabilization of the DNA double helix. In the present research, the effects of positive hydration of Na+ counterions and negative hydration of K+ and Cs+ counterions incorporated into the hydration shell of the DNA double helix have been studied using molecular dynamics simulations. The results have shown that the dynamics of the hydration shell of counterions depends on the region of the double helix: minor groove, major groove, and outside the macromolecule. The longest average residence time has been observed for water molecules contacting with the counterions localized in the minor groove of the double helix (about 50 ps for Na+ and lower than 10 ps for K+ and Cs+). The estimated potentials of the mean force for the hydration shells of counterions show that the water molecules are constrained too strongly, and the effect of negative hydration for K+ and Cs+ counterions has not been observed in the simulations. The analysis has shown that the effects of counterion hydration can be described more accurately with water models having lower dipole moments. Подвiйна спiраль ДНК – це полiанiонна макромолекула, яка у водних розчинах нейтралiзується iонами металiв (протиiонами). Властивiсть протиiонiв стабiлiзувати структуру води (позитивна гiдратацiя) або робити ї ї розупорядкованою (негативна гiдратацiя) важлива з точки зору фiзичних механiзмiв стабiлiзацiї подвiйної спiралi ДНК. У даному дослiдженнi ефекти позитивної гiдратацiї протиiонiв Na+ танегативної гiдратацiї протиiонiв K+ i Cs+, що вбудовано в гiдратну оболонку подвiйної спiралi ДНК, вивчалися за допомогою моделювання методом молекулярної динамiки. Результати показали, що динамiка гiдратної оболонки протиiонiв залежить вiд областi подвiйної спiралi: мiнорний жолоб, головний жолоб i область ззовнi макромолекули. Найдовший середнiй час перебування спостерiгався для молекул води, що контактують з протиiонами, локалiзованими у мiнорному жолобi подвiйної спiралi (приблизно 50 пс для Na+, i менше 10 пс для K+ i Cs+). Розрахованi потенцiали середньої сили для гiдратних оболонок протиiонiв показують, що молекули води зв’язанi занадто сильно, i ефектнегативної гiдратацiї для протиiонiв K+ i Cs+ в симуляцi- ях не спостерiгався. Аналiз показав, що ефекти гiдратацiї протиiонiв можна бiльш точно описати за допомогою моделей молекул води, що мають нижчi значення дипольного моменту. Publishing house "Academperiodika" 2020-06-09 Article Article Original Research Article (peer-reviewed) Оригінальна дослідницька стаття (з незалежним рецензуванням) application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019678 10.15407/ujpe65.6.510 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 65 No. 6 (2020); 510 Український фізичний журнал; Том 65 № 6 (2020); 510 2071-0194 2071-0186 10.15407/ujpe65.6 en https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019678/1625 Copyright (c) 2020 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |
| institution |
Ukrainian Journal of Physics |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
DNA counterion hydration residence time molecular dynamics - |
| spellingShingle |
DNA counterion hydration residence time molecular dynamics - Perepelytsya, S. Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки |
| topic_facet |
DNA counterion hydration residence time molecular dynamics - |
| format |
Article |
| author |
Perepelytsya, S. |
| author_facet |
Perepelytsya, S. |
| author_sort |
Perepelytsya, S. |
| title |
Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки |
| title_short |
Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки |
| title_full |
Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки |
| title_fullStr |
Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки |
| title_full_unstemmed |
Додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі ДНК методом молекулярної динаміки |
| title_sort |
додатно і від’ємно гідратовані протиіони в моделюванні подвійної спіралі днк методом молекулярної динаміки |
| title_alt |
Positively and Negatively Hydrated Counterions in Molecular Dynamics Simulations of DNA Double Helix |
| description |
The DNA double helix is a polyanionic macromolecule that is neutralized in water solutions by metal ions (counterions). The property of counterions to stabilize the water network (positive hydration) or to make it friable (negative hydration) is important in terms of the physical mechanisms of stabilization of the DNA double helix. In the present research, the effects of positive hydration of Na+ counterions and negative hydration of K+ and Cs+ counterions incorporated into the hydration shell of the DNA double helix have been studied using molecular dynamics simulations. The results have shown that the dynamics of the hydration shell of counterions depends on the region of the double helix: minor groove, major groove, and outside the macromolecule. The longest average residence time has been observed for water molecules contacting with the counterions localized in the minor groove of the double helix (about 50 ps for Na+ and lower than 10 ps for K+ and Cs+). The estimated potentials of the mean force for the hydration shells of counterions show that the water molecules are constrained too strongly, and the effect of negative hydration for K+ and Cs+ counterions has not been observed in the simulations. The analysis has shown that the effects of counterion hydration can be described more accurately with water models having lower dipole moments. |
| publisher |
Publishing house "Academperiodika" |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2019678 |
| work_keys_str_mv |
AT perepelytsyas positivelyandnegativelyhydratedcounterionsinmoleculardynamicssimulationsofdnadoublehelix AT perepelytsyas dodatnoívídêmnogídratovaníprotiíonivmodelûvannípodvíjnoíspíralídnkmetodommolekulârnoídinamíki |
| first_indexed |
2023-03-24T08:58:38Z |
| last_indexed |
2023-03-24T08:58:38Z |
| _version_ |
1795757702234767360 |