¹Институт биофизики клетки Российской академии наук – обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук», Пущино, Россия
²Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ), Томск, Россия

Аннотация. Нелинейные конформационные возмущения, такие, например, как локально расплетенные участки двойной спирали ДНК, называемые открытыми состояниями, рассматриваются в данной работе как солитоны, движущиеся в потенциальном поле этой молекулы. Считается, что открытые состояния играют важную роль в процессах транскрипции, репликации, денатурации, а также в передаче структурных изменений и информации вдоль молекулы ДНК. В данной работе рассматривается задача о движении кинко-образных солитонов (кинков) в потенциальном поле плазмиды pPF1, последовательность которой включает гены флуоресцентных белков Egfp и mCherry, разделенные небольшой промежуточной областью. Представлены результаты расчетов энергетических профилей основной и комплементарной последовательностей плазмиды, а также 2D и 3D траекторий движения кинков с ненулевой начальной скоростью. Показано, что в плазмиде pPF1 возможна активация двух видов кинков, которые можно рассматривать как два вида квазичастиц, обладающих собственной энергией, массой, скоростью и движущихся потенциальном поле плазмиды. Обнаружено, что наименьшая энергия, необходимая для образования этих кинков, наблюдается в промежуточно области, расположенной между генами флуоресцентных белков. Показано, что характер движения кинков не зависит от значения их начальной скорости. Показано, что существуют пороговые значения торсионного поля, при достижении которых поведение кинков резко меняется: от затухающих колебаний внутри промежуточно области до поступательного движения и выхода на соседние участки. Эти значения были рассчитаны. Оказалось, что для первого кинка, движущегося в потенциальном поле основной последовательности, пороговое значение равно 4.95·10^–22 Дж, а для второго кинка – 4.20·10^–22 Дж.

Ключевые слова: солитоны ДНК, кинки, траектории движения кинков, плазмида pPF1, торсионный момент ДНК.