Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Նուկլեոտիդային հաջորդականության հետերոգենությունը նուկլեինաթթուների կոնֆորմացիոն անցումներում

Ծատուրյան, Հայկ Լևոնի (2017) Նուկլեոտիդային հաջորդականության հետերոգենությունը նուկլեինաթթուների կոնֆորմացիոն անցումներում. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (4Mb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (996Kb) | Preview

      Abstract

      Одной из основных задач молекулярной биофизики является определение физических закономерностей строения и биологической функции одно- и двухнитевых нуклеиновых кислот. Общеизвестно, что биологическая функция биополимеров определяется их пространственной структурой. В связи с этим важным является определение основных факторов и закономерностей, влияющих на конформации и конформационные переходы. Одним из таких факторов является влияние нуклеотидной последовательности на образование вторичной структуры нуклеиновых кислот и взаимное влияние вторичной и третичной структур нуклеиновых кислот. Кроме того, остается ряд открытых вопросов, связанных с влиянием различных низкомолекулярных соединений (лигандов) на структуру и конформационные переходы в нуклеиновых кислотах. Исследование данных вопросов представляет интерес также и с точки зрения биоинформатики. Алгоритмы расчета термодинамических параметров и предсказания оптимальной вторичной структуры однонитевой РНК в настоящее время широко используются в биологических исследованиях. Корректный учет эффекта гетерогенности последовательности существенно улучшит существующие алгоритмы и будет способствовать разработке новых подходов к данной проблеме. Кроме того, исследование термодинамики и кинетики гибридизации нуклеиновых кислот представляет существенный интерес для создания биологических сенсоров и способствует определению оптимальных условий работы подобного рода устройств. В свете изложенного, актуальность настоящей работы определяется разработкой новых подходов к исследованию эффектов нуклеотидной последовательности при плавлении и гибридизации нукеиновых кислот в растворе и на границах раздела раствор – твердое тело. Построение теории, описывающей термодинамические свойства однонитевой РНК со случайной последовательностью нуклеотидов. Расчет термодинамических характеристик однонитевой РНК. Построение теории, описывающей взаимное влияние пространственной и вторичной структур однонитевой РНК. Изучение неравновесных эффектов, возникающих при коллапсе и гибридизации однонитевой РНК. Расчет равновесных характеристик гибридизации ДНК-зондов иммобилизованных на границе раздела твердое тело – раствор с ДНК-мишенями в растворе в присутствие лигандов. Изучение эффекта интеркалирующих лигандов на чувствительность и избирательность ДНК-сенсора. Ատենախոսությունը նվիրված է նուկլեինաթթուներում կառուցվածքային անցումներին։ Հետազոտության ընթացքում հաշվի են առնվել հաջորդականության հետերոգենությունը, էլեկտրոստատիկ էֆֆեկտները, երկրորդային և երրորդային կառուցվածքների ռելաքսացիաների բնութագրիչ ժամանակները։ Գիտական նորամուծությունը կայանում է նոր մեթոդի մշակման մեջ, որն անալիտիկորեն վերլուծում է հաջորդականության հետերոգենության ազդեցությունը միաթել ՌՆԹ-ի թերմոդինամիկական առանձնահատկությունների վրա։ Ուսումնասիրվել են նուկլեոտիդների երկտառ և քառատառ այբուբենները։ Սղմված միաթել ՌՆԹ-ի անհավասարակշիռ հատկությունները ուսումնասիրվել են առաջին անգամ։ Ատենախոսության մեջ նույնպես ուսումնասիրվել է ինտերկալացիոն լիգանդների ազդեցությունը ԴՆԹ-զոնդերի և ԴՆԹ-թիրախների մակերևութային հիբրիդիզացիայի վրա։ Մշակվել է անալիտիկ տեսություն, որը նկարագրում է նուկլեոտիդների պատահական հաջորդականությամբ միաթել ՌՆԹ-ի թերմոդինամիկական հատկությունները։ Ուսումնասիրվել են երկտառ և քառատառ այբուբենները։ Սահմանափակ թրծման մոտեցման հիման վրա մշակված է եղել տեսություն, որը թույլ է տալիս ստանալ համակարգի ազատ էներգիայի լավագույն ստորին գնահատականը։ Առաջարկվող մոտեցումը վարիացիոն է։ Ստացվել են միաթել ՌՆԹ-ի բնութագրիչների (պարուրության աստիճան, էնթրոպիա, ջերմունակություն) ջերմաստիճանային կախվածությունները։ Ստացված անալիտիկ արդյունքները լավ համընկնում են տալիս թվային արդյունքների հետ, որոնք ստացվել են ՄաքԿասկիլի ալգորիթմի միջոցով։ The dissertation is devoted to investigation of structural transitions in nucleic acids. The scientific novelty consists in development of the method, addressing analytically the effect of sequence heterogeneity on the thermodynamic features of the single stranded RNA. The two and four – letter nucleotides alphabet is considered. The non equilibrium features of the collapsed single stranded RNA are also considered for the first time. The thesis is also addressed the effect of intercalating ligands on the surface hybridization of the DNA probes and targets. The analytical theory describing the thermodynamic properties of single-stranded RNA with a random sequence of nucleotides was developed. The two and four letter alphabets were considered. The developed theory is based on the constrained annealing variational approach. The temperature dependence of the such a characteristics of the single stranded RNA as the helicity degree, entropy and heat capacity was obtained using the calculated free energy. The obtained analytical results are in a good agreement with the numerical ones, which were obtained using McCaskill algorithm. The temperature induced melting of single-stranded RNA was described in terms of temperature dependence of helicity degree, specific heat and fractions of favorable and unfavorable contacts. Single-stranded RNA with random two letter nucleotide sequence shows two peaks in the temperature dependence of the specific heat of the system both for the attraction and repulsion between the same type of nucleotides and also for various percentages of the two types of nucleotides. At the same time, the single stranded RNA with randomly generated four - letter nucleotide sequence shows two or three peaks in the temperature dependence of the specific heat in dependence on the interaction parameters and nucleotide composition. The cold denaturation scenario is also available for the definite range of the interaction parameters. Possible connection between the low-temperature structural transition and cold denaturation of single-stranded RNA, which is observed experimentally, was demonstrated. The interplay between the spatial and secondary structure of the single stranded RNA is analyzed for the compactly packed single stranded RNA. The replica technique method is applied to investigate the kinetic behavior of the coarse-grained model for the RNA molecule.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Նուկլեոտիդային հաջորդականության հետերոգենությունը նուկլեինաթթուների կոնֆորմացիոն անցումներում: Nucleotide sequence heterogeneity at the conformational transitions in nucleic acids.
      Uncontrolled Keywords: Ծատուրյան Հայկ Լևոնի, Tsaturyan Hayk Levon
      Subjects: Biology
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 31 Aug 2017 10:21
      Last Modified: 31 Aug 2017 10:21
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/5527

      Actions (login required)

      View Item