Оглавление

Предисловие к первому изданию на английском языке

4

Предисловие ко второму изданию на английском языке

8

Предисловие к изданию на русском языке

9

Глава 1. Структура ДНК

15

1.1.

Химический состав и первичная структура

15

1.2.

Пространственная геометрия и вторичная структура

18

1.3.

Силы, стабилизирующие вторичную структуру ДНК

19

1.3.1.

Водородные взаимодействия

20

1.3.2.

Стэкинговые взаимодействия

21

1.3.3.

Дальнодействующие силы внутри и снаружи саха­

22

рофосфатного остова

1.3.4.

Электростатическое поле ДНК

23

1.4.

Полиморфизм

23

1.5.

Третичная структура

25

1.5.1.

Суперспираль

26

1.5.2.

Структурная организация в клетках

26

1.6.

Моделирование структуры ДНК

27

1.6.1.

Общие замечания

28

1.6.2.

Иерархия структурных моделей

29

1.7 Экспериментальные методы исследования структуры ДНК

34

Глава 2.

Динамика ДНК

36

2.1. Общая картина внутренней подвижности ДНК

36

2.2.

Крутильные и изгибные движения

39

2.3.

Динамика оснований

41

2.3.1.

Состояние равновесия

41

2.3.2.

Возможные движения оснований

41

2.4.

Динамика сахарофосфатного остова

44

2.4.1.

Состояние равновесия

44

2.4.2.

Возможные движения сахарофосфатного остова

44

2.5.

Конформационные переходы

47

2.5.1.

В —> А-переход

47

2.5.2.

В —* Z -переход

48

2.6.

Движения, связанные с локальным разделениемнитей

49

2.6.1. Раскрытие пар оснований вследствие вращения

оснований

49

2.6.2.

Поперечные смещения нуклеотидов

50

2.7

Моделирование динамики ДНК

50

2.7.1.

Основные принципы моделирования

50

2.7.2.

Иерархия динамических моделей

51

2.8.

Экспериментальные методы изучения динамики ДНК

54

2.8.1.

Раман-спектроскопия

54

2.8.2.

Рассеяние нейтронов

56

2.8.3.

Инфракрасная спектроскопия

58

2.8.4.

Водородно-дейтериевый (-тритиевый) обмен

59

2.8.5.

Микроволновое поглощение

60

2.8.6.

ЯМР

60

2.8.7

Эксперименты по переносу заряда

61

2.8.8. Эксперименты с отдельными молекулами

62

Глава 3.

Функционирование ДНК

63

3.1.

Физические аспекты функционирования ДНК

63

3.2.

Интеркаляция

65

3.3.

Белок-нуклеиновое узнавание

66

3.4.

Экспрессия генома

67

3.5.

Регуляция генной экспрессии

70

3.6.

Репликация

72

Глава 4.

Линейная теория ДНК

74

4.1.

Основные математические модели

74

4.1.1.

Линейная модель упругого стержня

75

4.1.1.1.

Продольные и крутильные движения: дис­

4.1.1.2.

кретный случай

75

Продольные и крутильныедвижения: непре­

рывный случай

78

4.1.1.3.

Изгибные движения

80

4.1.2.

Линейная модель двойного упругого стержня

81

4.1.2.1.

Дискретный случай

82

4.1.2.2.

Непрерывный случай

84

4.1.3.

Линейные модели более высоких уровнейиерархии

85

4.1.3.1.

Модели третьего уровня

86

4.1.3.2.

Модели четвертого уровня

(решеточные

модели)

87

4.2.

Статистика линейных возбуждений

88

4.2.1.

Фононы

в модели упругого стержня

88

4.2.1.1.

Общее решение модельных уравнений

88

4.2.1.2.

Представление вторичного квантования

90

4.2.1.3.

Корреляционные функции

91

4.2.2.

Фононы

в модели двойного стержня

92

4.2.2.1.

Общее решение модельных уравнений

94

4.2.2.2.

Представление вторичного квантования

96

4.2.2.3.

Корреляционные функции

97

4.2.3.

Фононы

в моделях более высокого уровня

98

4.3.

Задача рассеяния

99

4.3.1.

Рассеяние на «замороженной» ДНК

100

4.3.2.

Упругое рассеяние

102

4.3.3.

Неупругое рассеяние

103

4.4.

Линейная теория и эксперимент

108

4.4.1.

Флуоресцентная деполяризация

108

4.4.2. Низкочастотные спектры: нейтронное рассеяние,

инфракрасное рассеяние, рамановское рассеяние.

Скорость звука

109

Глава

5. Нелинейная теория ДНК. Идеальные

динамические

модели

ПО

ципы и ограничения

110

5.2.

Нелинейные модели упругого стержня

114

5.2.1.

Модель Муто

115

5.2.2.

Модель Христиансена

116

5.2.3.

Модель Ичикавы

117

5.3.

Нелинейные модели двойного упругого стержня

120

5.3.1.

Общий случай: гамильтониан

120

5.3.2.

Общий случай: динамические уравнения

120

5.3.3.

Y-модель

121

5.3.3.1.

Дискретный случай

122

5.3.3.2.

Непрерывный случай

124

5.3.3.3.

Линейное приближение

125

5.3.3.4.

Первый интеграл

126

5.3.3.5.

Решения в виде кинков, полученные мето­

5.3.3.6.

дом Ньютона

127

Решения в виде кинков,

найденные мето­

дом Херемана

131

5.3.4.

Модель Пейарда и Бишопа

137

5.3.5.

Модель двойного стержня Муто

138

5.3.6.

Модель Барби

141

5.3.7

Модель Кампы

142

5.4.

Нелинейные модели более высоких уровней иерархии

143

5.4.1.

Модель Крумхансла и Алекзандер

144

5.4.2.

Модель Волкова

147

Глава 6.

Нелинейная теория ДНК: неидеальные модели

151

6.1. Модели, учитывающие влияние окружающей среды

151

6.1.1.

Общий подход

152

6.1.2.

Частные примеры

157

6.1.3.

ДНК и термостат

159

6.2.

Модели, учитывающие неоднородность ДНК

160

6.2.1.

Граница

160

6.2.2.

Локальная область

163

6.2.3.

Последовательность оснований

165

6.3.

Модели, учитывающие спиральность ДНК

166

6.4.

Модели, учитывающие асимметрию ДНК

169

Глава 7. Нелинейная теория ДНК: статистика нелинейных воз­

мущений

172

7.1.

ПБД-подход

172

7.2.

Приближение идеального газа

175

7.3.

Задача рассеяния и нелинейные математические модели

178

7.3.1.

Динамический фактор для простой модели синус-

Гордона

179

7.3.2. Динамический фактор для спиральной модели синус-

Гордона

182

7.3.3. Динамический фактор дляУ-модели

184

Глава 8. Экспериментальные исследования нелинейных свойств

ДНК

193

8.1.

Водородно-дейтериевый (-тритиевый) обмен

193

8.2.

Резонансное микроволновое поглощение

195

8.3.

Рассеяние нейтронов и света

197

8.3.1.

Интерпретация Федянина и Якушевич

197

8.3.2.

Интерпретация Баверстока и Кундалла

201

8.4.

Флуоресцентная деполяризация

202

Глава 9.

Нелинейность и функционирование ДНК

203

9.1.

Нелинейный механизм конформационных переходов

203

9.2.

Нелинейные конформационные волны и эффектыдально­

действия

205

9.3.

Нелинейные механизмы регуляции транскрипции

207

9.4.

Направление процесса транскрипции

209

9.5.

Нелинейная модель денатурации ДНК

211

Приложение А. Математическое описание крутильных и изгиб-

ных движений

214

Литература.

221

Предметный указатель

248