Динаміка протиіонів Na+ в іонно-гідратному шарі молекули ДНК

Abstract

Явище неспецифічного зв’язування протиіонів лужних металів із ДНК обумовлює утворення відповідного іонно-гідратного шару навколо її кістяка. Таку динаміку протиіонів ДНК можна досліджувати з допомогою характерних часів релаксації, які визначено в цій роботі в рамках феноменологічної моделі. Зв’язані з молекулою ДНК протиіони характеризуються часом життя і не дають внеску в електропровідність системи. Істотний внесок у значення електропровідності дають вільні протиіони, які рухаються навколо подвійної спіралі. На основі теорії провідності електроліту отримано формулу, що поєднує час життя протиіонів з провідністю. Експериментально визначено електропровідність водних розчинів ДНК для різних концентрацій останньої (0,001-0,2 % маси) в частотному діапазоні 0,1-100 кГц. Установлено, що в розбавленому водному розчині ДНК (0,001 %) час життя протиіонів натрію в іонно-гідратному шарі молекули ДНК становить 1 мкс, а в концентрованому (0,15 %) — 1 мс.

The lifetime of DNA counterions was determined using the phenomenological model, developed in this work. The counterions bonded to DNA are characterized by the lifetime and do not make contribution to the conductivity of the system. Free counterions, moving around the double helix make the main contribution to the conductivty. Using the theory of electrolyte conductivity, the formula connecting the counterion lifetime and conductivity was obtained. The conductivity of DNA aqueous solutions was determined for different concentrations of DNA (0.001-0.2% by mass) at frequencies 0,1-100 kHz. The results show that in dilute DNA aqueous solutions (0.001 %) the lifetime is about 1 μs, and in the concentrated aqueous solutions (0.15 %) it is about 1 ms.