Counterion atmosphere around DNA double helix: trapping of counterions at the nanoscale

Анотація

ДНК — це сильний поліелектроліт, що конденсує на собі іони металів (протиіони) у хмарі навколо подвійної спіралі. Протиіони можуть бути локалізовані ззовні макромолекули і всередині малого та великого жолобів подвійної спіралі. Досліджено розподіл сконденсованих протиіонів між внутрішніми та зовнішніми ділянками ДНК з використанням підходів теорії конденсації протиіонів. Результати показали, що кількість протиіонів, захоплених усередині макромолекули, має бути більшою за 0,16 на одну фосфатну групу. Максимальна кількість протиіонів, які можуть бути локалізовані всередині подвійної спіралі ДНК, обмежена (приблизно 0,4 на одну фосфатну групу), що набагато менше, ніж загальна кількість сконденсованих протиіонів. Для аналізу структури атмосфери протиіонів було проведено молекулярно- динамічне моделювання B-ДНК з протиіонами K⁺. Отримана кількість протиіонів, захоплених усередині жолобів подвійної спіралі, становить близько 0,22 ± 0,06 на одну фосфатну групу, що узгоджується зі зробленими оцінками. Розроблена модель описує загальні особливості структури хмари протиіонів навколо ДНК та дозволяє передбачити кількість протиіонів, яка може міститися усередині жолобів подвійної спіралі.