Autori: Maria Barbi[1], Simona Cocco[2], Michel Peyrand[2], Stefano Ruffo[1]

[1]Dipartimento di Energetica "S. Stecco", Via S. Marta 3, 50139 Firenze, Italia
[2]Laboratoire de Physique Ecole Normale Superieure Lyon,
Allee d' Italie 46, 69364 Lyon cedex 7, France

Molti dei meccanismi implicati nei processi biologici che riguardano il DNA non sono chiariti. La modellizzazione della struttura della molecola e della sua dinamica può rappresentare un importante strumento per interpretare i dati indiretti forniti dalla biologia sperimentale e dunque per formulare nuove ipotesi sui meccanismi implicati: in particolare, siamo interessati al processo che conduce alla sintesi delle proteine a partire dalle istruzioni codificate nella sequenza del DNA: la trascrizione. Questo processo è caratterizzato da molteplici deformazioni della struttura a doppia elica, che comprendono tra l'altro la torsione dell'asse della molecola, la separazione dei due filamenti che compongono l'elica, lo svolgimento dell'elica stessa [1,2]. Queste deformazioni sembrano avere un ruolo principale nella attivazione del processo: si tratterebbe dunque di un meccanismo di natura specificamente fisica, che potrebbe essere descritto attraverso un approccio dinamico. Partendo dal modello di Peyrard e Bishop [3], che considera soltanto l'allontanamento dei due filamenti, proponiamo un nuovo modello dinamico del DNA con due gradi di libertà per sito, che permette di tenere in considerazione i vincoli geometrici ad essa associati.
La messa a punto di una versione generalizzata della tecnica di espansione in multiscala [4], valida per il caso di reticoli con più di un grado di libertà per sito, ci ha permesso di trovare analiticamente soluzioni approssimate di piccola ampiezza, spazialmente localizzate, periodiche e mobili delle equazioni del moto [5,6,7]. La struttura della distorsione ottenuta è caratterizzata da una oscillazione della distanza tra le basi in ciascuna coppia, descritta da una funzione di tipo breather, accoppiata con uno svolgimento localizzato dell'elica, corrispondente ad una distorsione angolare di tipo kink. È plausibile associare queste soluzioni ai modi di oscillazione sperimentalmente osservati per il DNA a temperatura ambiente: una prima conferma di questa ipotesi si ottiene da simulazioni di condizioni di temperatura costante per il modello [8,9]. La possibilità di una generazione spontanea per localizzazione della energia termica conferisce alle soluzioni breather-kink un interesse particolare anche nell'ambito di uno studio più strettamente biologico.

Referenze

1. A. A. Travers, DNA-Protein Interactions, Chapman and Hall, London, (1993)
2. C. Calladine, H. Drew, Understanding DNA, Academic Press, London, (1992)
3. M. Peyrand and A. R. Bishop, Phys. Rev. Lett. 62, 2755 (1989);
4. M. Remoissenet, Phys. Rev. B 33, 1835 (1996);
5. M. Barbi, S.Cocco, M. Peyrand, Phys. Rev. Lett. A, in press;
6. S. Cocco, M. Barbi, M. Peyrand, Phys. Rev. Lett. A, 253, 3 and 4, (1999);
7. M. Barbi, S. Cocco, M Peyrand, S Ruffo, Jour. Biol. Phys., in press;
8. S. Cocco, in preparazione;
9. M. Barbi, Tesi di Dottorato;