Математическое моделирование учета открытых состояний в зависимости от $^2$H/$^1$H соотношения в двухцепочечной молекуле ДНК

В статье представлены результаты оценки возможного влияния атомов дейтерия на раскрытие пар азотистых оснований молекулы ДНК, причиной которого может быть изотопный обмен $^2$H/$^1$H, вследствие чего происходит увеличение энергии, необходимой для разрыва водородной связи. Эти процессы изучаются с помощью математического моделирования, учитывающего количество открытых состояний между парами оснований, что является одним из ключевых условий адекватности математической модели ДНК. Данные математического эксперимента показали, что присутствие дейтерия в цепочке нуклеотидов может вызывать в зависимости от величины энергии разрыва водородной связи как увеличение, так и уменьшение вероятности возникновения открытых состояний. Так, в рассмотренном примере при энергии разрыва водородной связи 0:358$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м, наблюдается в случае отсутствия дейтерия в молекуле ненулевая вероятность появления открытых состояний, а с энергией разрыва водородной связи 0:359$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м или более такая вероятность равна нулю. Если же в молекуле присутствует один атом дейтерия, ненулевая вероятность наблюдается даже при энергии разрыва водородной связи равной 0:368$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м (то есть более 0:358$\cdot$10$^{-22}$ Н$\cdot$м). Показано, что участие атомов дейтерия в образовании водородных связей двойных спиралей молекулы ДНК может вызвать изменения во времени, необходимом для передачи генетической информации, что может объяснить влияние даже незначительных отклонений концентрации дейтерия в среде на метаболические процессы в живых системах.