論文の概要: Effect of environmental noise on charge diffusion in DNA: Towards modeling its potential epigenetic impact in live processes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.14252v1
- Date: Fri, 19 Jul 2024 12:32:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-22 17:34:39.039323
- Title: Effect of environmental noise on charge diffusion in DNA: Towards modeling its potential epigenetic impact in live processes
- Title（参考訳）: 環境騒音がDNAの電荷拡散に及ぼす影響 : 生合成過程におけるエピジェネティックな影響のモデル化に向けて
- Authors: Mirko Rossini, Ole Ammerpohl, Reiner Siebert, Joachim Ankerhold,
- Abstract要約: 本研究は,DNAにインスパイアされた強結合格子に沿った単一電荷の量子拡散を,固有および環境変動の異なる源の存在下で解析する。
以上の結果から,DNA内および人工プラットフォーム上での電荷移動性の調査を目的とした,さらなる実験的活動が引き起こされる可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Charge diffusion through desoxyribonucleic acid (DNA) is a physico-chemical phenomenon that on the one hand is being explored for technological purposes, on the other hand is applied by nature for various informational processes in life. With regard to the latter, increasing experimental and theoretical evidence indicates that charge diffusion through DNA is involved in basic steps of DNA replication and repair, as well as regulation of gene expression via epigenetic mechanisms such as DNA methylation or DNA binding of proteins. From the physics point of view, DNA supports a metallic-like behavior with long-range charge mobility. Nevertheless, particularly considering a living environment, charge mobility in DNA needs to take into account omnipresent noise and disorder. Here, we analyze quantum diffusion of single charges along DNA-inspired two-dimensional tight-binding lattices in presence of different sources of intrinsic and environmental fluctuations. It is shown that double-strand lattices, parametrized according to atomistic calculations of DNA sequences, offer a complex network of pathways between sites and may give rise to long-distance coherence phenomena. These effects strongly depend on carrier type (electrons, holes), the energetic profile of the lattice (composition) as well as the type of noise and disorder. Of particular interest are spatially correlated low-frequency fluctuations which may support coherent charge transfer over distances of a few sites. Our results may trigger further experimental activities aiming at investigating charge mobility in DNA both in the native in-vivo context as well as on artificial platforms.
- Abstract（参考訳）: デオキシリボヌクレイン酸 (DNA) による電荷拡散は物理化学的現象であり、一方は技術的目的のために研究されており、他方では生命の様々な情報処理に自然に応用されている。
後者については、DNAを介した電荷拡散がDNA複製と修復の基本的なステップ、およびDNAメチル化やタンパク質のDNA結合といったエピジェネティックな機構による遺伝子発現の調節に関与することが実験的および理論的に証明されている。
物理学の観点からは、DNAは長距離電荷移動を伴う金属のような挙動をサポートする。
しかし、特に生活環境を考えると、DNAの電荷移動は、すべてのノイズと障害を考慮する必要がある。
そこで本研究では,DNAにインスパイアされた2次元強結合格子に沿った単一電荷の量子拡散を,固有および環境変動の異なる源の存在下で解析する。
二重鎖格子はDNA配列の原子計算によってパラメータ化され、部位間の経路の複雑なネットワークを提供し、長距離コヒーレンス現象を引き起こす可能性があることが示されている。
これらの効果は、キャリアタイプ(電子、ホール)、格子(構成)のエネルギー的プロファイル、およびノイズや障害の種類に強く依存する。
特に興味深いのは、空間的に相関した低周波変動であり、これはいくつかの部位の距離におけるコヒーレント電荷移動をサポートする。
以上の結果から,DNA内および人工プラットフォーム上での電荷移動性の調査を目的とした,さらなる実験的活動が引き起こされる可能性がある。
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