A new approach to microscopic modeling of a hole transfer in heteropolymer DNA

Shigaev, A.S.; Пономарев, О. А.; Лахно, В. Д.

doi:10.1016/j.cplett.2011.07.080

Cited by 23 publications

(23 citation statements)

References 38 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Because of the presence of absorbed molecules the introduced parameters need to be considered as an effective. It is important to notice, that the Holstein model under consideration for the case of small displacement coincides with Peyrard-Bishop-Dauxois model [21] (without stacking interaction) and for chosen parameters well reproduces the experimental results on photoinduced charge transfer in DNA [22].…”

Section: Numerical Modeling Of Uniform Motion In a Molecular Chainsupporting

confidence: 60%

A new type of localized fast moving electronic excitations in molecular chains

Korshunova

Лахно

2014

Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

It is shown that in a Holstein molecular chain placed in a strong longitudinal electric field some new types of excitations can arise. This excitations can transfer a charge over large distance (more than 1000 nucleotide pairs) along the chain retaining approximately their shapes. Excitations are formed only when a strong electric field either exists or quickly arises under especially preassigned conditions. These excitations transfer a charge even in the case when Holstein polarons are practically immobile. The results obtained are applied to synthetic homogeneous PolyG/PolyC DNA duplexes. They can be also provide the basis for explanation of famous H.W.Fink and C.Schönenberger experiment on long-range charge transfer in DNA.

show abstract

Section: Numerical Modeling Of Uniform Motion In a Molecular Chainsupporting

confidence: 60%

A new type of localized fast moving electronic excitations in molecular chains

Korshunova

Лахно

2014

Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Отметим, что значения параметров  и  нами устанавливались из сравнения с экспериментом для малых смещений y n , когда применимо гармоническое приближение, и модель ПБДХ переходит в модель Холстейна [38]. В модели Холстейна знаки  и  не существенны, т.к.…”

Section: математическая модель пейрарда-бишопа-доксуа-холстейна (пбдхunclassified

Trapping and transport of charges in DNA by mobile discrete breathers

Chetverikov¹,

Sergeev²,

Лахно³

2018

Math.Biol.Bioinf.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Аннотация. С использованием модели Пейрарда-Бишопа-Доксуа-Холстейна проведено численное моделирование захвата и транспорта заряда (электрона или дырки) в молекуле ДНК мобильными дискретными бризерами, возбуждаемыми начальными возмущениями скоростей или координат смежных нуклеотидных пар, дислоцированных около закрепленного конца молекулы. Показано, что эффективное образование стабильной квазичастицы «мобильный дискретный бризер + электрон» достигается при возмущении нескольких нуклеотидных пар, расположенных на конце молекулы. Бризеры могут быть возбуждены при возмущениях координат и скорости частиц как направленных к оси, так и от оси молекулы. Волновая функция электрона должна быть вначале локализована в области возмущения молекулы. Установлено, что метастабильная квазичастица может перемещаться на дистанцию до 200 межпарных расстояний. Описанный механизм транспорта заряженной частицы не требует наложения внешнего электрического поля и может рассматриваться как альтернативный поляронному механизму.Ключевые слова: нанобиоэлектроника, ДНК, мобильные дискретные бризеры, квазичастицы, модель Пейрарда-Бишопа-Доксуа-Холстейна. ВВЕДЕНИЕВ качестве одного из базовых элементов нанобиоэлектроники предполагается использовать молекулу ДНК [1][2][3][4]. Она рассматривается как разновидность молекулярной проволоки, обеспечивающей соединение различных элементов биомолекулярных цепей (теоретическое обоснование построения электронных логических элементов см., например, в [2, 4]). Но традиционный поляронный механизм переноса зарядов в ДНК [5-10] не является единственно возможным. В последнее время активно обсуждается механизм транспорта заряда, «эксплуатирующий» нелинейные свойства молекулы ДНК и не требующий для реализации наложения внешнего (тянущего) электрического поля [11,12]. Известно, что в цепочках элементов-осцилляторов различной природы нелинейность самих элементов, обеспечиваемая непараболичностью on-site потенциала, и нелинейность связи между элементами, в сочетании с дисперсией, являющейся следствием дискретности системы (цепочки связанных элементов), приводят к локализации возмущений цепочки. В зависимости от соотношения параметров, характеризующих нелинейность и дисперсию, локализованные возмущения могут быть солитонного или бризерного [13] типов. В частности, для «угловых» возмущений on-site потенциал отсутствует, поэтому формируются солитоны [14]. Однако транспорт заряда реализуется за счет связи

show abstract

“…где c n -амплитуды вероятности локализации заряда на n-ом сайте, n |c n | 2 = 1; τ e -отношение характерных времён эволюции волновой функции электрона и динамики возмущений в решётке; χ el и χ h -безразмерные параметры связи электрона и решётки; q n -нормированное смещение; [13]), для параметров ДНК Γ = 0.084, см. [21]).…”

Section: математическая модельunclassified

“…Актуальность изучения движения зарядов в одномерных молекулярных цепочках связана с возможностью использования таких цепочек в качестве нанопроводов в нанобиоэлектронных устройствах [1]- [5]. Исследованию транспорта заряда в ДНК посвящено большое количество теоретических работ [6]- [13]. Перенос заряда рассматривался как в однородных, так и в регулярных цепочках ДНК [14,15], в постоянном и переменном электрических полях [16]- [20], при отсутствии электрического поля за счёт импульсного силового воздействия [21,22].…”

Section: Introductionunclassified

The Peculiarities of Charge Motion in the Molecular Polynucleotide Chains of Finite Length. The Rapid Formation of a Moving Polaron State

Korshunova¹,

Лахно²

2018

Math.Biol.Bioinf.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The numerical experiments which demonstrate the possibility of charge transfer in a homogeneous G/C DNA chain in the absence of an electric field have been carried out. As a model, which describes the dynamics of a DNA molecule, was considered the nonlinear Peyrard-Bishop-Dauxois-Holstein model. It is commonly supposed that the main electric current carrier in homogeneous synthetic polynucleotide chains is the polaron. We have previously studied the peculiarities of polaron motion in molecular polynucleotide chains of finite length. It was shown that a polaron placed at the initial moment of time not in the center of the chain acquires the ability to move in the absence of an electric field and in the absence of any additional excitations in the chain. The numerical experiments which demonstrate the possibility of polaron charge transfer in a homogeneous finite unclosed G/C DNA chain due to the interaction with localized excitations have been carried out in the absence of an electric field. In this study, at the initial moment of time, a polaron is not added to the chain, but a charge localized in the region of a certain number of neighboring sites displaced from the equilibrium positions. The motion of the charge in the chain is caused by choice of these specified initial conditions, which ensure the rapid formation of the polaron state and, as a consequence, charge transfer along the chain. For the assignment of the external nonlinear excitations, we used nonzero values of the displacements of particles and/or their velocities at the initial instant of time. Non-zero values of chain sites velocities at the initial time were used to stimulate the motion of the charge. It is shown that for the rapid formation of the polaron state, the initial conditions must correspond to the parameters of the polaron, which is formed in the chain under the chosen parameters. It is shown that, depending on the parameters of the chain and on the parameters of the selected initial conditions, the charge can be transferred along the chain over long distances.

show abstract

A new approach to microscopic modeling of a hole transfer in heteropolymer DNA

Cited by 23 publications

References 38 publications

A new type of localized fast moving electronic excitations in molecular chains

A new type of localized fast moving electronic excitations in molecular chains

Trapping and transport of charges in DNA by mobile discrete breathers

The Peculiarities of Charge Motion in the Molecular Polynucleotide Chains of Finite Length. The Rapid Formation of a Moving Polaron State

Contact Info

Product

Resources

About