Электрическая проводимость ДНК

Уже несколько десятилетий пытаются выяснить электрические свойства одиночной молекулы ДНК, но исследователи нередко получают противоречивые результаты. Видимо, на её проводимость влияют многие тонкие факторы, которые трудно контролировать, и потому проблема сложна с экспериментальной точки зрения.

Не раз я касался этой темы в рубрике «Новости науки» в ХиЖ, например писал о работах профессора Жаклин Бартон из Калтеха. Ещё в 1993 г. ею был зафиксирован перенос электронов на несколько десятков ангстрем вдоль цепи (в пределах двух витков спирали), а в 1999 г. – на 200 ангстрем (шести витков), затем ещё больше, и она сделала вывод: ДНК может служить «электрическим проводом».

А в недавней статье других американских авторов показано, что обратимый переход конформации ДНК из В-формы (в которой она обычно пребывает внутри клетки) в А-форму вызывает резкое, на порядок, и тоже обратимое изменение проводимости, причём, вопреки ожиданию, у А-формы она оказалась выше: <А-форма.В-форма>. В общем, исследования продолжаются.

В- и А-формы ДНК

С другой стороны, в 70—80-е годы широко обсуждали проблему поиска и синтеза высокотемпературных сверхпроводников. На роль возможных кандидатов выдвигали самые разные атомно-молекулярные структуры. В 1964 г. У. Литтл из Стэнфорда предположил, что возможны органические сверхпроводники (ОСП); это направление стали интенсивно развивать и в нашей стране (В.Л. Гинзбург, Д.А. Киржниц и многие другие).

В литературе начали встречаться спекуляции, что таким ОСП в принципе может быть и носитель генетической информации (об этом рассуждал и Литтл в своей исходной статье). В самом деле, в ДНК есть для этого важная предпосылка: наличие стопки плоских оснований (между которыми так называемое стэкинг-взаимодействие), и по ней способны передвигаться пи-электроны. Но, конечно, одного этого недостаточно – нужны некоторые дополнительные условия, которые учёные могут пока сформулировать лишь в самом общем виде.

Предложив для ДНК новую спиральную структуру, названную «лентой-спиралью» (см. мою статью в ХиЖ, 1999, № 9: <Лента-спираль>), я обратил внимание на такое её свойство: в ней нет винтовой симметрии, но структура воспроизводит себя через виток, то есть 10 пар оснований (однако учитывая, что в центре витка есть ось симметрии второго порядка, наименьшим повторяющимся мотивом будет полвитка). Это означает, что внутри витка многие физические характеристики молекулы плавно меняются при переходе от одной пары оснований к следующей (от одного мономера к другому). Интересно, знают ли химики какой-нибудь полимер, обладающий таким свойством? Думаю, что нет. И тогда подобная структура ДНК (в случае её правильности) будет в этом смысле уникальной.

Вдоль цепи ДНК возникнет периодическая пространственная модуляция плотности электронного заряда (её называют волной зарядовой плотности); она может вызвать изменения валентной энергетической зоны, что сильно скажется на проводимости (я не разбираюсь в физике этих сложных явлений и тут фактически привожу сведения, почерпнутые в популярных статьях). Не утверждая ничего определённого, хочу привлечь внимание специалистов к данному вопросу (я даже рискнул включить соображение про сверхпроводник в свою статью — в самом конце); в любом случае, лента-спираль должна иметь весьма необычные электрические свойства.

Профессор Бартон отметила: с момента появления модели ДНК Уотсона и Крика многие предполагали, что она обладает хорошей электрической проводимостью и что это имеет биологическое значение. Так что проблема ожидает своего решения, а гипотезы о сверхпроводимости «самой главной молекулы» (метафора М.Д. Франк-Каменецкого) придают ей дополнительную интригу.

Оставить комментарий.