نویسندگان

دانشکده فیزیک، دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، زنجان

چکیده

درون سلول زنده، بسیاری از فرایندهای بنیادی، شامل تغییراتی در مولکول‌های باردار مارپیچی و برهم‌کنش‌های بین آنها است. رشته‌های اکتین و DNA مهم‌ترین نمونه‌ها از مولکول‌های باردار مارپیچی هستند. در این مقاله یک مولکول باردار دو رشته‌ای واقع در محلول در نظر گرفته می‌شود. مطابق موارد موجود در طبیعت، ثابت دی‌الکتریک چنین مولکول‌هایی تفاوت قابل توجهی با ثابت دی‌الکتریک محیط پیرامون این مولکول‌ها دارد. به منظور محاسبه پتانسیل الکتروستاتیک مسأله در رژیم دیبای- هوکل، تابع گرین دیبای- هوکل را به دست می‌آوریم و با استفاده از این تابع گرین، پتانسیل الکتروستاتیک دستگاه را محاسبه می‌کنیم. علاوه بر این، وابستگی پتانسیل الکتروستاتیک به ناهمگنی دی‌الکتریکی، پارامترهای ساختاری و غلظت نمک را بررسی می‌کنیم. این مطالعه می‌تواند بیش از پیش نقش برهم‌کنش‌های الکتروستاتیک را در بسیاری از فرایندهای بنیادی شامل مولکول‌‌های باردار مارپیچی مانند DNA و رشته‌های اکتین، روشن سازد.

 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of electrostatic potential of a helical biomolecule in the Debye-Huckel regime by considering the dielectric inhomogeneity

نویسندگان [English]

  • A Rezaie Dereshgi
  • F Mohammad-Rafiee

چکیده [English]

Inside living cells, many essential processes involve deformations of charged helical molecules and the interactions between them. Actin filaments and DNA molecules are important examples of charged helical molecules. In this paper, we consider an impermeable double stranded charged molecule in the solvent. According to the nature, the dielectric constant of the molecule is considerably different from that of the bulk. In order to calculate the electrostatic potential in the problem in the Debye-Huckel regime, we find the proper Debye-Huckel Green function for the problem. Using this Green function, we calculate the electrostatic potential in the system. Furthermore, we study the dependence of the electrostatic potential on  the dielectric inhomogeneity, structural parameters and the salt concentration. This study could shed some light on the role of electrostatic interactions in many essential processes involving charged helical molecules such as actin filaments and DNA molecules

کلیدواژه‌ها [English]

  • biomolecule
  • DNA
  • Green function
  • Debye-Huckel regime
  • electrostatic interaction
  • dielectric inhomogeneity

1. H Lodish et al., “Molecular Cell Biology”, 5th ed. Freeman, New York (2000). 2. J N Israelachvili, “Intermolecular and Surface Forces”, 3rd ed. Academic Press (2011). 3. V A Bloomfield, D M Crothers, and I Tinco Jr., “Nucleic Acids: Structure, Properties, and Functions”, University Science Books, Sausalito, CA (2000). 4. J Howard, “Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton”, Sinauer Associates, Sunderland, MA, (2001). 5. T Odijk, J. Polym. Sci. Polym. Phys. Ed. 15 (1977) 477. 6. M Fixman and J Skolnick, J. Phys. Chem. B 114 (1977) 3185. 7. G S Manning, Biophys. J. 91 (2006) 3607. 8. P J Hagerman, Biopolymers 22 (1983) 811. 9. M D Wang, H Yin, R Landick, J Gelles, and S M Block, Biophys. J. 72 (1997) 1335. 10. C G Baumann, S B Smith, V A Bloomfield, and C Bustamante, Proc. Natl. Acad. Sci. 94 (1997) 6185. 11. K Wagner, E Keyes, T W Kephart, and G Edwards, Biophys. J. 73 (1997) 21. 12. A Noy, and R Golestanian, J. Phys. Chem. B 114 (2010) 8022. 13. W H Taylor and P J Hagerman, J. Mol. Biol. 212 (1990) 363. 14. F Mohammad-Rafiee and R Golestanian, Phys. Rev. E 69 (2004) 061919. 15. A Rezaie-Dereshgi and F Mohammad-Rafiee, J. Chem. Phys. 148 (2018) 135101. 16. W Pezeshkian, N Nikoofard, D Norouzi, F Mohammad-Rafiee, and H Fazli, Phys. Rev. E 85 (2012) 061925. 17. A Naji, D S Dean, J Sarabadani, R R Horgan, and R Podgornik, Phys. Rev. L 104 (2010) 060601. 18. J D Jackson, “Classical Electrodynamics”, 3rd ed. John Wiley and Sons, (2007). 19. J L Barrat and J F Joanny, Adv. Chem. Phys. 94 (1996) 1.

تحت نظارت وف بومی