dna的非线性动力学特性和它的功能new

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1、第19卷第4期原子与分子物理学报Vol.19，(.4)**)年1*月+,-./0/1234.56275829-+5.:926/+3654;,<0-+02=>.，)**)文章编号：1***?*@A（4)**)）*4?*41B?*C*:.5的非线性动力学特性和它的功能庞小峰（电子科技大学生命科学与技术学院，成都A1**D4）摘要：用新建立的非线性动力学模型研究了:.5的非线性特性及它的复制与遗传，转录和转译等生物功能。这个新的模型强调了碱基氢键中的氢原子的独特作用，使用了三个动力学变量来描述氢原子在双9oEFG势中的振动及碱基的振动与转动，并充分考虑了三个运动模之间的耦合效应。应用这模

2、型得到了复制与转录的特性，说明了:.5的分型特征及:?:.5?5?:.5以及H?:.5?I?:.5等的相变机制及特性。关键词：:.5；孤子；动力学特性；复制与遗传；转录与转译；分型与相变中图分类号：文献标识码：51动力学模型整体转动，要么只强调其中的氢键的振动，至此它只能解释一些个别现象，不能较完整的说明:.5的:.5即脱氧核糖核酸是生物遗传信息的负载动力学特性。因此:.5的动力学理论需要发展。者和遗传物质。在生命的演化和生物体的生长与发［A］在我们最近提出的新的模型中，特别强调氢育中体现着重要角色。可以说揭示:.5的本质，键中氢原子的运动方程状态改变化，认为它的运动就是揭露生命奥

3、秘的一个重要方面。正因这样，当是不同于相关的碱基。我们的这种认识来源于下面前的人类基团组的测试工程才引起人们的极大关两个实验事实，即碱基氢键中的氢原子可以与溶液注，因此研究:.5的动力学特性极其重要。中的氢或氘交换，以及碱基可以吸收红外光。按分［)］首先用孤子激发模型去解释:.5的形态P内。至此，我们用了三个动力学，即氢原子的位移等人实验发现:.5能吸收红外光和微波，至此［@］un，碱基的位移Rn和转角φn来描述在氢键中氢原;EoLoQFRS等人提出了氢键振动模型，;GSE

4、KET等子的振动，碱基的谐振动和它的整体转动等三个运人［4，D］发展该理论，用热力学方法去计算了孤立子动模式。考虑到它们运动状态和相互间的相互作用，运动引起的氢键振动涨落。详细研究这些模型发现则该系统的哈密顿量写成［A］：这两类模型都有很大的局限性，要么只考虑碱基的1·)1))）-JuH=Hh+Hb+Hr+HOM>=Σ[)mun+)mω*un+V（unnun-1]-n[1·)1）)]｛1·)［@（1-=oF）-（1-=o（F））］+Σ)MRn+)W（Rn-Rn-1+Σ)Iφn+β1φn=oFφn-1φn-φn-1nn）］+λ［（1-=oF（1-=oF）］｝+)（R）（1）B［1-=

5、o（Fφn-φn-1φnφn-1Σmx1unn-Rn-1n这里Hh表示氢原子的振动哈密顿量，m是氢原子U［1-GU（V1-au）］)+U)｛1-GU［V-a（un-1n的质量，ω*是它的固有谐振频率，Junun-1表示相邻b）］｝)是处于一对互补碱基对（5W8）或（+WX）之碱基中的氢原子间的偶极-偶极作用。V（un）=间的氢原子所受到的两互补碱基产生的，具有不同*收稿日期：)**)?*A?1D基金项目：国家自然科学基金项目（编号：199B4*@4）作者简介：庞小峰（194DW），男，教授、博士生导师。主要从事非线性物理和生物物理学研究。418原子与分子物理学报2002年深度的双阱

6、双Morse势，它们两个阱的位置分别在0堆积能B和感应偶极-偶极相互作用能λ，I是碱基和b，分别对应两个氢原子的平衡位置，在阱深U1的转动惯量，这里λ=λ0+x（2Rn-Rn-1），λ0和x2和U2中的U（1>U2）是氢原子的稳定平衡位置，分别是正常的和由相邻的碱基位置变化引起的感应浅阱U2是它的亚稳态位置。Hb是碱基的谐振哈密偶极-偶极相互作用常数。Hint表示由氢原子的振顿量，M是它的质量，W是DNA的双螺旋线的弹性动所引起的相邻碱基的位置变化；是相互作用常x1系数。Ht是碱基的转动哈密顿，它包含了转动动能，数。从（1）式可求出相应的运动方程为：相邻碱基的永久偶极-偶极相互作用

7、能，DNA的β2umu¨（z，t）=（2J-mω20）u+Jr20∂-∂V（u）-2mr0x1u∂R（2）2∂z∂u∂z2R2MR¨（z，t）=r2W∂-rmx∂R（3）0201∂z∂z2Iφ¨=r（20B-）∂φ-3β1si（n2φ）-2(λ0+r0x2∂R)sinφ（4）β1∂z2∂z在双Mores势仅展开到第四次方程的近似下联合求解以上方程，可求出其的似解为：φ（z，t）=2tan-1{±ﾍ1-4ρcosech-1[ﾍ1+4ρZ]}（5）2R（z，t）=mr0x