Молекулы ДНК – перевозчик генетической информации и формируют двойную структуру спирали в их родной водной среде. Эта структура состоит из двух противоположных искривленных берегов нуклеотидов.
Переменное расположение отрицательно заряженных групп фосфата и полярных сахарных единиц формирует основу двойной структуры спирали, которая взаимодействует непосредственно с окружающими молекулами воды. За полный отрицательный заряд двойной спирали компенсируют положительно заряженные противоионы, такие как ионы натрия, которые в водной окружающей среде расположены в прямой близости к поверхности ДНК. Взаимодействие электрических диполей молекул воды с обвинениями противоионов и групп фосфата, а также полярных единиц производит электрические поля в поверхности ДНК. Такие области обсуждаются очень спорным способом, даже после десятилетий интенсивного исследования, отражая структурную сложность этой системы много-тела и ее тепловых колебаний в кратковременных весах.
Ученые от Макса-Борн-Инститьюта в Берлине теперь добились успеха впервые в определении силы, диапазона и сверхбыстрой динамики электрических полей в родной поверхности ДНК. В недавней работе, опубликованной в Журнале Физических Писем о Химии, они сообщают, как колебания основы родной ДНК лосося служат исследованиями для отображения электрических взаимодействий в пространстве и времени. Электрические поля в поверхности непосредственно влияют на форму и динамику вибрационных резонансов, которые зарегистрированы в режиме реального времени на временных рамках фемтосекунды (1 фс = 10-15) s методом, называемым двумерной инфракрасной спектроскопией.
Содержание воды образцов ДНК было различно систематическим способом различить различные вклады в колеблющиеся электрические поля в поверхности ДНК.Эксперименты и подробный теоретический анализ выступили на параллельном шоу, что молекулы воды в первых двух слоях в поверхности ДНК производят чрезвычайно сильное электрическое поле, тогда как ионные группы и внешние водные слои играют второстепенную роль. Пространственный диапазон области составляет приблизительно 1 нм, его сила достигает ценностей до 100 мега-В/см (сто миллионов В за сантиметр).
Тепловые движения молекул воды приводят к полевым колебаниям 25 мВ/см на временных рамках 300 фс. Временные рамки колебаний демонстрируют помеху водных движений из-за сцепления на рифленую поверхность ДНК и замедление по сравнению с опрятной водой.
Это новое количественное понимание важно для понимания ключевой роли воды и ее динамики в биологических интерфейсах, таких как заряженные клеточные мембраны и поверхность белков.