DNA的非线性动力学特性和它的功能

第19卷第4期原子与分子物理学报vol.19,N.42002年10月CHINESE JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICSOct.,2002文章编号:1000-03642002)4-0417-08DNA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610054)摘要∶用新建立的非线性动力学模型研究了DNA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 Morse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。应用这模型得到了复制与转录的特性说明了DNA的分型特征及D-DNA-A-DNA以及B-DNA-ZDNA等的相变机制及特性关键词υNA孤子动力学特性复制与遗传转录与转译汾型与相变中图分类号文献标识码:A1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DNA的DNA即脱氧核糖核酸是生物遗传信息的负载动力学特性。因此DNA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育中体现着重要角色。可以说揭示DNA的本质在我们最近提出的新的模型6中特别强调氢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氬键中的氬原子可以与溶液注,因此研究DNA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Nomos「2首先用孤子激发模型去解释DNA的形态子物理学理论只有氢原子的振动才处于红外波段现象后来 Zhang2又精确化这个模型。但 Printz等人实验发现DNA能吸收红外光和微波,至此内。至此我们用了三个动力学,即氢原子的位移n碱基的位移Rn和转角φn来描述在氢键中氢原Prohofsk等人3提出了氢键振动模型, Pevrard等人451发展该理论用热力学方法去计算了孤立子子的振动碱基的谐振动和它的整体转动等三个运运动引起的氩键振动涨落。详细研究这些模型发现动模式。考虑到它们运动状态和相互间的相互作用,这两类模型都有很大的局限性要么只考虑碱基的则该系统的哈密顿量写成6]:H=B4+B1+B1+1m=2[2m+m(n)-J∑[是MR+W(Rn-R,别+∑{l2+[x))]B[ 1-cod n-m-1)+A[(1-cos, (1-c0SPm-1 )1)+2mxIuiCRn-Rn-1)这里H表示氢原子的振动哈密顿量,m是氢原子U[的质量ω是它的固有谐振频率Junn-1表示相邻b)碱基中的氢原子间的偶极-偶极作用。un)间的氢原YH中国煤化工2H-dCNMHGA-T)或C-G)之到旳两旦补碱基产生的具有不同收稿日期2002-06-15基金项目然科学基金项目(编号:9974034)作者裔1945-)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,J是碱基和b分别对应两个氢原子的平衡位置在阱深U1的转动惯量这里入=A0+xXRn-Rn-1)0和x2和U2中的UK>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。H是碱基的谐振哈密偶极-偶极相互作用常数。H灬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冫1是相互作用常系数。H1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-偶极相互作用能βDNA的nu( z ,t)=(2J- mao )u Jroav(u)rOXI(2)MR(z ,t)=roa r- romi azRlp=rd B-BldRx2(4)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,求出其的似解为d z ,t)±√1-4R(:;)=-m0x1tanhIn cosh Dk(2 -ut-2(6)u( z t)tanh这里(6ab-2-a2b2),=(uB-B1U/1+U2(1-3b2)]-cn};)c3mwo-2]+2gmxI q=rdB-B1)groXI+2o-Nou3/2,B1=(U2ba)k′=±1,Doa( U1+U2)-Do] Nmxx20,、=49Mud 1groxi+410-2Nou0(9)u12,u3是方程Ku)=A1+C1u+B1u2+结果复制则是DNA最基本、最重要的生物功能。D1u3=0的三个根。r0是互补碱基之间的间距,R。但NDA为什么具有这种功能?它的本质及机制是是相邻碱基间距离,g是积分常数这里(5)式是一什么?等等,直未弄清楚。建立在上述理论基础个结状孤子(6)式和7)式是一个近钟型孤子前上的NDA的孤立子型有助干弄清楚这个问题者负责传输能量称为传输孤立子后者引起DNA中国煤化工的第一步是DNA的的双螺旋的结构改变在NDA中产生泡称为结构解链CNMHG的两条链在这个过孤立子。程中必须吸收能量。由上可知在DNA中存在有2DNA的解链、复制及其遗传功能能传输能量的传输孤立子和引起双链结构改变的结构孤立子正如前面研究得知这种孤立子形态存在生物的:传特性是DNA具有复制功能的于双螺旋整体结构之中这就是说在一链中激发出第19卷第4期庞小峰》NA的非线性动力学特性和它的功能cTTcC3AcT图1DNA的分形和复制示意图给能量后者就要靠酶的作用了,我们已知道在生物系统中生物过程或生命的DNA可利用的基本能量过程是ATP水解作用,它大约释放0.43eV的能量这个能量足够在DNA中激发出传输孤立子并能使这个孤立子带有极大的效率和极小的衰减沿分子链进行传播。这一点在Davydov等人和我们对蛋白质的链的研究中注意到3-0。当这个传输孤立子携带ATP水解作用释放的能量进入具有结构孤立子的碱基对区域时图2DNA基态和在复制及转录中的孤立子状态它会把这能量交给结构孤立子,使结构孤立子的振幅和速度增大而使自己的振幅、速度与能量减少个单孤立子时,又在另一个互补链中也同时激发于是结构孤立子将会膨胀、扩大和使孤立子中心发出相位相反的孤立子,它们的联合体便是这种形态生迁移还会使原来未被激发的区域变成新的孤立的孤立子。图xc就表示了这种孤立子激发其中子激发。一旦由传输孤立子传输来的能量高于碱基箭头所在地方表示了这种孤立子的中心箭头所指对的束缚能这种膨胀、扩展和迁移的量剧增致使的方向表示孤立子的运动方向这种孤立子最易生片互补碱基对断开队从而使DNA发生解链生成成在象α-DNA结构的区段。而实验得知DNA的解与溶液中的氘核发生氢氘交换反应使原来的尬心的两个链。显然这一过程最易发生在柔度较了分链也易发生在柔软性较大的α-DNA结构区域,它易中国煤化工区域易出现结构孤立子CNMH立子传递来的能量使NDA中互补碱基对之间氢链相互作用减弱或消失而岀现碱基对的破坏。由此看来瑊碱基对破坏乃至自己的振幅中大迁移速度增大。因此DNA的解解链应具有两个条件即结构孤立子的振幅不断扩链一般都发生在这个区段之中但是在完成这种解链过程时一定不能忽视酶的大和适当净婆条件。前者要靠传输孤立子不断输作用事实上各种酶例如汨DP酶NE酶回转酶原子与分子物理学报2002年解链酶和拓扑酶等在其中起了重要作用但是为600~6000s。如此之大的转动速率简直无法它们到底起了什么作用?这些酶与孤立子运动有何相信。但若我们认为这一过程是一种量子力学过关系?等问题是值得研究的我们认为这些酶有如程例如电子组态变化则我们从量子的微观动力学下的作用:一是造成一定的环境条件,让DNA的溶理论可以求出复制叉的迁移速率大约为105cm/s,液产生较多的氘、氚等离子及其它适当条件促使碱这也远大于实验值而无法接受因此我们上述的理基对中的氬离子与这些离子发生象氩氘交换反应论模型是易接受的和合理的。因此复制叉的迁移速类似的相互作用去促使碱基对的氢键断开。二是率与酶的扩散一反应速率密切相关。另一方面,D。创造条件通过与DNA的碱基的相互作用来改变和B又灵敏地依赖于温度则复制叉的迁移速率DNA的构象和形态完成解链的作用这里拓扑酶、也紧密地依赖于温度。因此在生物体内的不同部位回转酶、解链酶等在这当中起了很大作用。三是为或者不同的生物体中复制叉迁移的速率也不相同形成各种形态的孤立子创造必要的初速条件如初始则各种生物的复制能力与速率也不一样速度与初始位移与边界条件。因此DNA的解链是另外从能量的观点来看我们上述观点也正确与酶的参与的扩散—反应过程紧密相关的而复制的DNA的解链或复制过程是要吸收能量的。这个移动速度应刚好与酶的扩散速率一致能量来源于ATP水解过程还有dNTP+dNMP+如果我们假设酶的密度为dz)在生物化学PP2和dNMP分解为磷酸二脂键的过程等都可以提反应一扩散过程中这个密度随时间的变化满足下供一定能量。这些能量在各种酶的帮助下去激发和列扩散一反应方程12形成上述传输孤立子和结构孤立子。这个传输孤立子进入碱基对区段会增强或扩大结构孤立子的振幅V(Ⅸp)A)+B(p(10)和速度也会促使酶的迁移。当传输孤立子传输的这是一个非线性偏微分方程,ρ)是扩散系数,能量足够大时。互补碱基对之间氢健断开DNA的P)是与化学反应速率有关的量。如果我们认为解链开始我们知道ATP水解作用提供大约0.43介质是均匀的并只考虑其线性效应则上式变成eⅤ的能量传输孤立子和结构孤立子的形成能分别大约为0.288eⅤ和0.246eV,分离氬键的能量分DoVo+ Bop(11)别为0.215eWG-C键厢和0.045eWA-T键)因此ATP水解作用提供的能量足以去完成DNA的现在让p=pen则有解链过程的。在解链后基链的新的共轭链逐渐生成。在这一过程中酶的作用同样非常重要例如连ODo V12)接酶DNA聚合酶拓扑酶等参与了这一工作并通过电磁感应相互作用或偶极偶极吸引相互作用和考虑到边界条件:=0,=0′=9′0和t=0,zFrohlich相互作用力(两个分子在其振动频率相同0(z)=0则12)式有如下形式的解时在分子线度大大小于分子间的距离R时分子00-2/4D°之间存在一个与1成比例的吸引相互作用力)以√rDo及各种酶的生化反应的作用使新的碱基与它的互补于是有2≈p(2xDot)碱基配对成G-C键与A-T键的新DNA链。从而复制出下一代新的DNA双螺旋结构完成了1=2√DDB而酶在个复制的全部过程。在这过程中酶和碱基的高度水中的扩散系数大约为Do~10-8cm2/s,B0~10-2专一的识别性十分重要。这是新链在碱基配对时未s131则t~10-5cm/s这与实验测得的复制叉的发生错误的根本原因。我们知道在DNA的孤立子迁移速率基本上一致由生物实验测得在E.Col,模型中国煤化工动是存在的这种振动哺乳动物细胞和原生质细胞中复制叉的迁移速率导致CNMHG声学调制波。据计算分别为2.3×10-5cm/s,2×10-6cm/s和3.6×其振动频率大约为5×10Hz相当于电磁波中亚10-5cm/13这说明我们上述认识是正确的。相毫米波或远红外线。这个频率还随DNA中碱基组反如果认为解链或复制是一类螺旋的机械转动结成比等因素而变化。如果这个频率与周围体液中的果造成的莪柄可以求出DNA的转动速度大约酶或新的碱基的振动频率相同则它们之间就存在第19卷第4期庞小峰》NA的非线性动力学特性和它的功能与成正比的 Froblish长程吸引作用而结合在为起。当然互补碱基之间的偶极矩与偶极矩相互吸二能级(基础对的分离状态)引作用及电磁感应相互吸引作用与静电吸引力等第四能级对形成新链也起了一定作用(错误配对状态在这种新DNA双螺旋链形成过程中,碱基配对有没有配错的?其几率多大?如何又得到改变?第一能级第三能级等等问题,下面我们提出一个模型来说明这个问题。老的基础配对状态(新的正确基础配对状态)从上面研究得知NA的解链或复制实质上是图3DNA复制过程中保真性的二能级模型从有序的双螺旋结构的组合组态变成无序的两个单链的分立组态的相变过程。这种相变我们认为是借助于核苷酸分子的组态或构象的量子力学变换来实dn现的。同时我们认为这种构象变化不改变单个核苷1dt酸分子的内部状态而仅改变碱基分子之间的相对距dng离R使它从组合构象的R=R0状态改变为分立几1-a2n2-c)n4(16)构象的R=R>R0)在此情况下我们可以使用dn个二能态模型来描述这种构象的量子力学变换。对应这个二能态模型的系统的哈密顿函数为dt=2412-0m4-04n4B;+ Hint(13)这里2=m23+24+o21~ow′表示当其错误配对岀现时外场作用下的迁移几率。如果外场很这里=12分别表示两个能级,B1与B是费米量强时有o1)-02~’在开初时有n1≥n子的消灭与产生算符,H是外场与核苷酸分子之间的相互作用哈密顿量:是费米量子的动能由于412>0最后平衡时有n2=m2m1+m2n…但由于构象变化的时间标度大约为t为t-1=1012s)大大能级3的存在,n2和m4因而m1都会逐渐地减少到零由此可见复制过程中第3能级的存在大大提高小于复制叉的运动的时间标度大约为t10外场从1能级到2能级的状态跃迁效率,促进了解103s)则我们完全可以认为这个外场A"是一个固链的构象变化。不仅如此从能级2跃迁到3能级时定不变的场,Hm也可看成是一种微扰,再引入释放的能量可为一个核苷酸的构象变化提供能源,因此复制有助于解链的稳定性和过程的持续性。另BI B2 w2B3 B外,一般来讲各能级相差大约0.2eV的能量。若当BB1)则13)式可变成处于热平衡则有4~10-3如果一旦发生错误配2(1+e2)+(e2-1)2]+对外场立即使处于能级4的核苷酸抽运到能级2丌+A+丌-A+(14)并最终回到正确配对的能级3上而改变其错误这样就保证了在形成新的DNA链时的复制忠实性与则费米量子的迁移率矩阵元为保真性a21~1(2|1x+11)121A12DNA在经历解链→复制出二个新的双螺旋链21~1(111x-12)121A+12(15)的过程后就完成了一个复制过如图a))便个D了两个M惠在这个过程中传输孤很明显21=0这表明这种构象的量子力学变立子中国煤化定性作用。由于孤立换导致了核苷酸在这两个能级上的统计分布。但是,子在CNMHG于纵向声波的速度在实际过程中从第1能级跃迁到第2能级上的核同时又不发射声子再加上孤立子在运动中即使在苷酸可立即与新的互补基通过复制组合成新的双螺互相碰撞时也不损失能量保持波型不变的特点则旋结构在这当中正确的配对处于第3能级箱误的就可以使由孤立子传递的DNA的信息与能量保持配对处于第级如图3所示相应的主运动方程不变性真实性与正确性致使DNA的复制反复不原子与分子物理学报2002年断地持续进行下去。即使新一代DNA与老的一代应过程。在这一过程中释放的能量将增加这些孤DNA能保持严格不变性并能使DNA一代一代地立孑的速度和振幅或引起的DNA链中新孤立子的复制下去;一个老DNA变成2个DNA,2个DNA形成。因此这个由孤立子传输来的高能量对于以变成4个DNA4个变8个等等。这就出现了生物DNA作为样板的有次序的变性和RNA的转录是十的遗传性连续不断地遗传下去队从整体上看,就形分有利的足够的。成了无限个相同的自相似结构象图1b)的树”样,树”上每一个枝都是相同的并与树干"相同。4关于B-DNAA-DNA与这种特性称为DNA的分形性21图b称为分形B-DNA=Z-DNA转变问题树可以算出DNA的这种分形所对应的分难数do已知道DNA有各种形态,有右旋基态(稳定ln=0.63而分形的级数n与分形的的B-NDA还有右旋亚稳态(激活态)的AIn NODNA和左旋激活态的Z-DNA。它们之间可以相总数怕关系有N=2"如n=2时N=4相当于互转化而这种转化实际上是一种相变。这种变化图(b冲的c1234枝DNA的这种分形表示伴随着组态形态和对称性等的改变或破坏。它们了DNA的遗传性如果这种分形受到影响如象癌一般在外场和温度等因素的强烈作用下产生并且症病源的侵袭或外界电磁场或疾病的影响则分形存在一个阙值能量后者大约与传播孤立子的形成树会发生畸变这就导致了遗传的变异和其它疾病能0.269eV相同或较大些。当外界能量大于此能如癌症的发生。量时以上这种转变就更可能产生。这种转变将引起DNA性质和状态的改变也是某些疾病产生的3DNA的转录和转译功能根因。值得深入研究。但是是什么原因?通过什么样的机制和方式产生这种转变呢?长期以来未弄DNA还具有作为样板来指导RNA的合成所要清楚。这里提出一个模型。的信息的转录功能以及具有将已记载的信息经过首先,研究B-DNAA-DNA的转变问系列转换程序表达为多肽链上氨酰的序列的能题。已知道在较大的非线性相互作用的耦合常数力的转译功能最后合成所需要的蛋白质。这些都时孤立子会在B-DNA中出现。由于孤立子是传与DNA的孤立子运动密切相关输生物能量与信息的,它在沿DNA传播时将不断在上述我们的DNA的孤立子模型中碱基对地激活DNA分子。但是这些孤立子的形成是由的运动满足双 Sine-gordon方程,它存在着单的一于DNA的内部因素而不是由外界条件决定的结构孤立子。如图xd所示在图中的箭头表示孤其内部因素具有非常复杂的特点但基本上可归纳立子的运动方向箭头所在的位置表示孤立子的中为以下4种作用(1在DNA中非线性作用的增心。通过计算这类孤立子的静止能量大约为0.41强(2)TP水解作用所释放的能量引起结构畸变eⅤ。这个孤立子仅存在于DNA的s链上。当传输和局域性涨落(3)于细胞中存在不同组分引起的孤立子输送来的能量进入此区,可加速s链上的碱“电磁背景”(4)于周围环墩体液)的改变致使基在32.6°的幅度范围内作振动。输送的能量越DNA温度变化所引起DNA的非线性振动现象的出多振动的幅度越大。在一定祭件下由于这种振动现。上述4种因素的任何改变不但引起孤立子状而使s链上的碱基与s'链上的互补碱基脱离断开,态的变化,也引起DNA状态的改变。如果机体要在有关酶如RNA聚合酶的参与下完成DNA向信求细胞满足某种需要例如某一生成物需要合成则使RNA的转录任务。便会使B-DNA变成A-DNA激活态。一旦与这另外由实验得知:A-T碱基对的柔软度大于个要求或需要如需要某一定数量或浓芳的蛋白G-C碱基对因此,A-7区的柔软性就大于G-质的出现相关的能量超过7孤立子的形成能或阈C区11所以传输孤立子传输来的能量(大约值能中国煤化工B-DNA→A-DNA0.269eV埸被A-T区吸收。于是我们可以设的转CNMHGDNA传播细胞的特想a-DNA结构易在A-T区出现,也可以判定殊要求而温度的变化可引起DNA的非线性振动RNA的结合位置也应在这个区段。另一方面我们和状态改变。这些变化可在NDA中产生共振效已知RNA聚合体的添加芳香族( intercalating应导致已出现的孤立子的能量调制使A-DNAromatIcs2入结合位置的过程是一个催化反激光 Raman光谱上的谱线加强和变尖并在主峰附第19卷第4期庞小峰》NA的非线性动力学特性和它的功能423近出现弱的加宽伴级。这点已在DNA的实验观察故从B-DNA到Z-DNA的转变仍可以用以上能中看到。在这种机制下从B-DNA转变而来的A量公式来描述。但因Z-DNA是比A-DNA更高DNA的哈密顿量在现在的情况下可表为的激活态要实现从B-DNA到Z-DNA的转变则HHB-DNA + H需要更高的能量值即需要更大的电磁场和更高的温度和更强的非线性振动。这样高的磁场A可穿这里,Hm=-∑边,表示电磁相互作用,透到包含有亢矣物dG-dCA段的低盐DNA溶液i n cH灬,表示由温度引起的非线性振动。在简单情况中迫使存在于DNA碱基中的多余电子或供体中下后者可以表示为的非局域性电子沿分子链运动到受体上按照我们的结果18。这些迁移的额外电子由一个非线性方H=(2程描述(即广义的NLSE方程)其解表明额外电子的运动总是伴随分子链的畸变致使孤立子的能z是是DNA的非线性位移。根据统计物理公式量得到调制和碱基的电磁特性发生变化。而强烈的非线性振动使次声孤立子改变为超声孤立子运动E=-Nln2(=(k27))其超声孤立子传输的能量按前面方法,可近似表示Ω是经典统计总和可求出非线性振动导致系统为能量的变化为EV' dN(40g3k272W-3+KBT)N是每单位体积中的分子数目g和W是DNA分子mYodo链的非谐振和谐振系数。如果选择T=315K时,这里W=76Nm1和g=108Ncm-2则△mn=0.27eV这个能量等于或大于阈值能量0.269eV。从而D=S vo g=(K+K' yJ足以使B-DNA转变为A-DNA。如果考虑电磁能K +KMu=Ned aE+ yE4)m=h2/2a2yA=∈'/y则引起B-DNA转变为A-DNA的总能量为以上是在DNA分子链的局域畸变场中以速度υ运动的准粒子的束缚态的能量。超声孤立子的运动E=N∑E+ Neda2+yE4)+速度υ越大则它传输的能量也越大。当然也要受M40gk2p2W3+kn7夏=A,T,G,电磁场的调制由此导致DNA链的变形如拉伸变C)长。由于超声孤立子所携带的额外电子和电磁场的在上式中考虑了碱基的偶极矩〃G以C〃A和μ分作用而使超声孤立子的有效质量变化。如果用△m来表示由于电磁场的调制或上述相互作用引起的超别为6.9D8.0D2.8D和3.5D)与电磁场之间的声孤立子的改变则它的整个有产质量可表示为相互作用。在一定电磁场E值下产生的能量εn也可以大于0.269eV,从而产生B-DNA→A-DNA3Mxo+4m的转变。3WCRR现在来考虑B-DNA。Z-DNA的转变。Z这里CR是在相邻碱基之间的电子交换能量。一旦DNA是具有左旋的、嘌呤嘧啶交替排列的dG,超声孤立子将这些能量传输到高聚合物的(dGdC)高分子生物聚合物。从右旋的B-DNA到左dC)的区域时DNA的呼吸运动将会加剧双螺旋旋的DNA态的变化是一种相变。事实上在高激结构中国煤化工将会破坏。在一定情活的水溶液中,具有交替分布的嘌呤-嘧啶排列况下CNMH守将会拍动和摆动以dGAC)的脱氧核糖体是呈现B-DNA状态在致可产生相对于原来方向在B-DNA中)80的翻低激活的水溶液中是Z-DNA状态。因此由于Z转。这种碱基180°的翻转现象显然是由于非线性DNA的自由能是高于B-DNA测在生理盐溶液电磁场和因额外电子从供体传给受体后引起的碱基中Z-D不右蹩EB-DNA稳定性差得多的状态。的电磁特性改变而产生的相互作用引起的相对于原子与分子物理学报2002年核糖体轴的这种转动对鸟嘌呤残基是最有效的。但[6] Pang xiao-eng,Feη g yuang Ping. Dynanics properties and后者的转动会导致所有碱基和糖环的转动从而构nonlinear excitations in deoxyibonucleic acid DNA成了相反的组态。在DNA中的 furanose环由于具double helicied J ] Phys. Rev., E in Press有可柔性则同dG残基相关的一些 furans环在[71A.s. Davyd, Bology and quantum mechanics[ MC3′端处內折叠。同样AC残基的糖环由于在C2‘端Oxford, Pergaman Press, 1982 ip167[8]As s, Davydov. The solitons in molecular systems M也有内折叠存在,这是由于在包含高聚物(dCReidel, Dordrecht. 1991:p166dC的区域中结构孤立子和传播孤立子之间的紧[9 I Pang Xiao-feng. I mprovement of the Davydov theory of密配合、协同作用。一旦超声孤立子离开这个区域bioenergy transpert in protein molecule J]. Phys. Rev或消失时这个螺旋工结构将从右手式转变为左手2000E62989式的形态由于氢键能和堆积能、扭转能及碱基之间[10] Pang Xiao-feng. The lifetime of the soliton in the相互作用能(包括偶极偶极相互作用)及 Frohlichmproved Davydov model at the biological temperature方程吸引能的作用所有碱基重新配对形成Z300 K for protein molecule J ] European Phys. JourDNA状态从而完成了B-DNA态到Z一DNA态2001B19297的转化。这种转变会产生何种生物效应值得深入研11:.Msle, Structure and dynamic, Nucleic acidsand protein M ] New York Adenine press, 1983[12]庞小峰.生物组织的分子动力学理论研究J].原子与参考文献分子物理学报19896:112[13 JA, Kornberg. DN Replicator[ M ]. WH.Freeman.CoL I IS. Yonmosa. Solitory excitatiosin deoxyribonucleic acid19801DNA) double helice J]. Phy:Rev:;1984A30474·[14勹陈惠黎.生物大分子的结构与功能M]上海:上海医Soliton excitations in deoxyribonucleic acid科大学出版社199939DNA double helice J ] Phys. Rev., 1987 A35 886. [15 ]B. B. Mandeblrot. The fractal grometry of natuirdMI[3]E. W. Prohofsky. Solitons hiding in DNA and their possibleSan Francisco, Freeman, 1983 p198significance in RNA transcription[ J ] Phys. Rev., 1988[16]J D. Watson. Molecular biology of the gend m]. W.AA36:1538enjemnin Jnc. 1976mechanIc[17JE. Balanorski and P Beaconsfield, Soliton like excinonlinear model for DNA denatureatiorl J ]. Phys. Revin biologiced systems J ]. Phys. Rev., 1985, A32:3Lett.,198962:755[5]s. Cocco and R. Monasson. statistical mechanism of torque[18]庞小峰.电子在蛋白质分子中迂移的特性和动能系数induced denaturation of DNAL J ]. Phys. Rev. Lett[J].原子与分子物理学报200222216Nonlinear dynamics of DNA and its functionsPANG Xiao-feng(Ins. of life Sci. and Techno. University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054)Abstract: Author study and find further out the fraction and phase-transition features of dNa and its biologicalnctions of deplication and transcription by our new model of nonlinear dynamics. In this model authors stressespecially roles of the hydrogen atoms in the hydrogen bonds in bases and have completely in mond interactionamong three motion-modes vibration of the hydrogen atom in double Morse-potential caused by thecomplementary base pair vibration and ratotion of the baseInterestinobtained in this paperTH中国煤化工ree variables. A lot ofCNMHGKeywords Dynamical property i Soliton DNA Deplication transription i Fraction i Phase transition