Variability of DNA structure and protein-nucleic acid reconginition

Revealing molecular mechanisms of sequence-specific recognition of DNA by proteins is one of the key tasks of biology. The current review presents the results of statistical analysis of the structural databases obtained by different scientific groups studying the conformational features of free and protein-bound DNA fragments that could be used for clarifying the mechanisms of protein-nucleic acid recognition. The analysis of the published data allowed us to make the following generalizations. The ability of DNA double helix to adopt alternative conformations, including the ones of sugar-phosphate backbone, is an intrinsic characteristic of certain DNA sequences. Such conformational transitions are the potential sources of formation of unique geometry of the dinucleotide steps and/or individual nucleotides and lead to alteration of base stacking and/or changes of the assessable surface area of atoms, and can be the criteria of recognition of DNA by protein as well. Changes in the physical properties that depend on the DNA structure, i. e. the polar/unpolar profile and electrostatic potential of the grooves, can also be used by protein for DNA readout.Расшифровка молекулярных механизмов узнавания белками конкретных последовательностей ДНК – одна из основных задач современной биологии. Настоящий обзор посвящен результатам статистического анализа структурных баз данных, полученных различными исследователями при изучении конформационных особенностей фрагментов свободной ДНК и ДНК в комплексах с белками, которые могут быть полезными при выяснении механизмов белково-нуклеинового узнавания. Анализ литературных данных позволил сделать следующие обобщения. Способность двойной спирали ДНК принимать альтернативные конформации, в том числе сахарофосфатным остовом, является «внутренним» свойством, присущим определенным последовательностям ДНК. Такие конформационные перестройки могут служить потенциальными источниками проявления уникальных особенностей геометрии различных динуклеотидных шагов и/или отдельных нуклеотидов и нарушать стэкинг оснований и/или изменять площадь доступной поверхности атомов и быть критериями для узнавания участка ДНК белком. Изменения физических свойств, зависящих от структуры ДНК, таких как полярно-неполярный профиль и электростатический потенциал желобков, также могут использоваться белками для узнавания конкретного сайта ДНК.Розшифрування молекулярних механізмів упізнавання білками конкретних послідовностей ДНК – одна із основних задач сучасної біології. Огляд присвячено результатам статистичного аналізу структурних баз даних, отриманих різними групами дослідників при вивченні конформаційних особливостей фрагментів вільної ДНК і ДНК у комплексах з білками. Такі дані використовують при дослідженні механізмів білково-нуклеїнового впізнавання. Аналіз літературних джерел дозволив зробити наступні узагальнення. Здатність подвійної спіралі ДНК набувати альтернативних конформацій, у тому числі сахарофосфатним остовом, є «внутрішньою» властивістю, яка притаманна визначеним послідовностям ДНК. Подібні конформаційні перебудови можуть слугувати потенційним джерелом прояву унікальних особливостей геометрії різних динуклеотидних фрагментів і/або окремих нуклеотидів та призводити до порушення стекінгу основ і/або змін площ доступної поверхні атомів, а також бути критеріями впізнавання білками специфічних послідовностей ДНК. Зміни фізичних властивостей, які залежать від структури ДНК, серед яких полярно-неполярний профіль і електростатичний потенціал борозенок, також можуть використовуватися білками для впізнавання конкретного сайта ДНК

A dispersion equation of the cylindrical ideal wall vacuum cavity sinusoidally corrugated in azimuthal direction. Part II. Investigation of the dispersion equation

Dispersion equation of a cylindrical cavity with an ideally conducting outer wall has been investigated, whose radius is described by a sinusoidal-periodic dependence on the azimuth angle. Numerically and analytically it is shown that in the neighborhood of intersection points of neighboring harmonics here appear non-transmission bands in which there are no oscillations of the cavity. The dependence of the width of the unblocking band on the corrugation depth is determined. It is shown that for an arbitrary choice of the corrugation depth and the number of corrugations of the cavity in its frequency spectrum, it is possible that there are no natural frequencies that were originally assumed to be working.Досліджено дисперсійне рівняння циліндричного резонатора з ідеально провідними стінками, радіус якого описується синусоїдально-періодичною залежністю відносно азимутального кута. Чисельно та аналітично показано, що поблизу точок перетину сусідніх гармонік з'являються смуги непропускання, в яких коливання резонатора відсутні. Визначено залежність ширини смуги непропускання від глибини гофрування. Показано, що при довільному виборі глибини гофрування і кількості гофрів резонатора в його частотному спектрі можлива відсутність тих власних частот, які спочатку передбачалися робочими.Исследовано дисперсионное уравнение цилиндрического резонатора с идеально проводящими стенками, радиус которого описывается синусоидально-периодической зависимостью относительно азимутального угла. Численно и аналитически показано, что в окрестности точек пересечения соседних гармоник появляются полосы непропускания, в которых колебания резонатора отсутствуют. Определена зависимость ширины полосы непропускания от глубины гофрировки. Показано, что при произвольном выборе глубины гофрировки и количества гофров резонатора в его частотном спектре возможно отсутствие тех собственных частот, которые первоначально предполагались рабочими

A dispersion equation of the cylindrical ideal wall vacuum cavity sinusoidally corrugated in azimuthal direction. Part I. A physically based method obtaining of the dispersion equation

Dispersive characteristics of a cylindrical cavity with an ideally conducting outer wall has been investigated, whose radius is described by a sinusoidal-periodic dependence on the azimuth angle. From the convergence of the infinite determinant (dispersion equation), we obtain a positive definite bounded algebraic form, whose properties follow the dispersion characteristics of both a smooth and a corrugated cavity. On the basis of the obtained algebraic form, the variances of the first harmonics of a corrugated cavity with an even number of corrugations are investigated. The obtained analytical dependences correspond quantitatively to the experimental data.Досліджено дисперсійні характеристики циліндричного резонатора з ідеально провідними стінками, радіус якого описується синусоїдально-періодичною залежністю щодо азимутального кута. Зі збіжності нескінченноо визначника (дисперсійного рівняння) отримана додатньо визначена обмежена алгебраїчна форма, з властивостей якої отримуються дисперсійні характеристики як гладкого, так і гофрованого резонатора. На основі отриманої алгебраїчної форми досліджені дисперсії перших гармонік гофрованого резонатора з парною кількістю гофрів. Отримані аналітичні залежності кількісно відповідають експериментальним даним.Исследованы дисперсионные характеристики цилиндрического резонатора с идеально проводящими стенками, радиус которого описывается синусоидально-периодической зависимостью относительно азимутального угла. Из сходимости бесконечного определителя (дисперсионного уравнения) получена положительно определенная ограниченная алгебраическая форма, из свойств которой следуют дисперсионные характеристики как гладкого, так и гофрированного резонаторов. На основе полученной алгебраической формы исследованы дисперсии первых гармоник гофрированного резонатора с четным количеством гофров. Полученные аналитические зависимости количественно соответствуют экспериментальным данным

Classical and quantum warm dense electron gas dynamic characteristics: analytic predictions

[EN] We apply a novel 9-moment variational version of the self-consistent non-perturbative method of moments to study how the temperature affects the dynamic response of the electron gas in thermodynamic equilibrium. The theoretical results are obtained with the only input being the static structure factor. Comparison is carried out with the data obtained in the random-phase and the effective static local-field(ESA) approximations. A quite satisfactory agreement is achieved with the system dynamic structure factor evaluated within the ESA interpolation scheme. We analyze the system properties for the temperature values (1¿T/TF¿4) chosen in the range where the electron gas starts to undergo a transition from the degenerate to classical behaviour. The extension of the method to a broader range of temperatures and densities is straightforward and is left for future studies. Nevertheless, we demonstrate a systematic way to investigate the gradual transition from degenerate to classical systems.Ara, J.; Filinov, A.; Tkachenko Gorski, IM. (2022). Classical and quantum warm dense electron gas dynamic characteristics: analytic predictions. Journal of Physics: Conference Series. 2270:1-9. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2270/1/01204119227

Virtual nitgrogen dioxide molecule dissociation in external electromagnetic fields

The model is proposed for describing a real nitrogen dioxide molecule by its two-dimensional analog, namely, the virtual molecule (VM). The proposed VM model provides the condition of coincidence between the fundamental eigenfrequencies of the real molecule and its virtual analog. The other VM parameters (bond length and atomic mass) are renormalized so that the molecule should steadily exist for a long time interval. Linear dynamics of VM atoms in the field of a monochromatic electromagnetic wave has been investigated. It is shown that under the action of an external electromagnetic field on the molecule at a resonance frequency, secular modes of vibrations are observed. The last ones are characterized by a time-linear growth of atomic oscillation amplitudes. The influence of the turn on of an external force at the time of stabilization of eigenfrequencies of the VM on the stability of VM atomic oscillations were made. It is shown that in some cases breaking of one of the VM bonds inevitably leads to the VM dissociation as a whole. As a result of numerical simulation, it has been established that the bond breaking has a threshold character, i.e., dissociation is not observed at the external force, which is below a certain value. In the region of forces exceeding the threshold values, the variation in the external electromagnetic field frequency is insensitive to the resonance effects that are due to the presence of dedicated frequencies of the VM. It is demonstrated that in the region, where the N – O bond breaking always takes place, there exist the O – O bond stability islands. Optimum parameters of VM dissociation have been determined. У роботі запропонована модель опису реальної молекули двоокису азоту її двовимірним аналогом - віртуальною молекулою (ВМ). У запропонованій моделі ВМ забезпечена умова збігу основних власних частот молекули і її аналога. Інші параметри ВМ (довжина зв'язків і маси атомів) перенормовані таким чином, щоб молекула стійко існувала тривалий інтервал часу. Досліджено лінійну динаміку атомів ВМ у полі монохроматичної електромагнітної хвилі. Показано, що при впливі зовнішнього електромагнітного поля на молекулу на резонансній частоті спостерігаються секулярні режими коливань, які характеризуються лінійним у часі ростом амплітуд коливань атомів. Досліджено вплив включення зовнішньої сили в момент установлення власних коливань ВМ на стійкість коливань її атомів. Показано, що в деяких випадках розрив однієї зі зв'язків ВМ неминуче призводить до її розпаду в цілому. У результаті чисельного моделювання встановлено, що розрив зв'язків має граничний характер, тобто дисоціація не спостерігається при зовнішній силі, меншої певного значення. В області сил, що перевищують граничні, варіювання частоти зовнішнього електромагнітного поля не відчутно до резонансних ефектів, обумовленим наявністю виділених частот у ВМ. Показано, що в області, де завжди відбувається розрив зв'язку, існують острівці стабільності. Визначено оптимальні параметри дисоціації ВМ. В работе предложена модель описания реальной молекулы двуокиси азота ее двумерным аналогом – виртуальной молекулой (ВМ). В предложенной модели ВМ обеспечено условие совпадения основных собственных частот молекулы и ее аналога. Остальные параметры ВМ (длина связей и массы атомов) перенормированы таким образом, чтобы молекула устойчиво существовала длительный интервал времени. Исследована линейная динамика атомов ВМ в поле монохроматической электромагнитной волны. Показано, что при воздействии внешнего электромагнитного поля на молекулу на резонансной частоте наблюдаются секулярные режимы колебаний, которые характеризуются линейным во времени ростом амплитуд колебаний атомов. Исследовано влияние включения внешней силы в момент установления собственных колебаний ВМ на устойчивость колебаний ее атомов. Показано, что в некоторых случаях разрыв одной из связей ВМ неизбежно приводит к ее распаду в целом. В результате численного моделирования установлено, что разрыв связей имеет пороговый характер, т.е. диссоциация не наблюдается при внешней силе, меньшей определенного значения. В области сил, превышающих пороговые, варьирование частоты внешнего электромагнитного поля не чувствительно к резонансным эффектам, обусловленным наличием выделенных частот у ВМ. Показано, что в области, где всегда происходит разрыв связи N – O, существуют островки стабильности связи O – O. Определены оптимальные параметры диссоциации ВМ

Changes in the functional condition of the masticatory muscles with increased teeth abrasion

OBJECTIVE: Introduction: The term "pathological abrasion" (increased abrasion) can be described as a loss of tooth hard tissue on the occlusal, oral, vestibular surfaces of teeth or in the occlusal area. Treatment of increased abrasion of teeth is a difficult task for the practical work of a dentist. The choice of the optimal treatment plan provides the greatest likelihood of long-term success and minimal probability of complication appearance. The aim of our work was to study the functional activity of the masticatory muscles in the pathogenesis of the development of increased abrasion of tooth hard tissues. PATIENTS AND METHODS: Materials and methods: In order to achieve the goal of the study, an examination of patients aged between 19 and 69 years old was carried out in order to identify the number of persons with increased abrasion of teeth. During the examination of all patients one control and one researched group were formed. The patients of the control group (30 patients aged from 18 to 60 years) which had intact dental rows with any signs of increased tooth wear. The investigated group consisted of 25 patients, aged from 18 to 60 years. Depending on the complex treatment, the patients of the second group were divided into two subgroups. Subgroup 2A - (10 patients) with increased abrasion of tooth hard tissues with planned complex treatment of the disease without additional use of mouthguards after the end of treatment. For the patients from the 2B subgroup (15 people with increased abrasion of tooth hard tissues) a mouthguard was prescribed after the end of the complex treatment. In order to study some peculiarities of the muscular activity of the maxillofacial region an electromyogram was taken from all participants before treatment and repeated in a six- and twelve-months term. RESULTS: Results and conclusions: In our opinion, all manifestations of increased tooth abrasion are associated with changes in the muscular system, the motor apparatus and the nervous activity of the body. Regarding to this, the study of the propria muscular system and the related bone system can justify the usage of one or another prevention or treatment of the pathology. Based on the results of our research, we can conclude that the study of the functional state of the muscle complex is a fairly reliable prognostic sign in the study of such a disease as an increased tooth abrasion

Obtaining and Spectrophotometric Study of Organic Solutions of C₆₀ Endo- and Exometallofullerenes

The method of ion-implantation synthesis of endo- and exofullerenes is developed. The samples of fullerenes containing iron, platinum or their mixture are prepared. Spectrophotometric investigations of low-concentration solutions of metallofullerenes dissolved in organic solvents (toluene) are carried out. As shown, the bonding of metal atoms to the fullerene leads to the broadening of the absorption-spectrum line width and to the absorption-maximum shift to the long-wave part of the spectrum. The half-width and the shift are increasing in the series of С₆₀—С₆₀ + Pt—С₆₀ + Fe—С₆₀ + Fe + Pt.Розроблено методику синтези ендо- та екзофуллеренів методою йонної імплантації. У цей спосіб було створено зразки фуллеренів, що містять залізо, плятину або їхню суміш. Виконані спектрофотометричні дослідження розчинів металофуллеренів малої концентрації в органічних розчинниках (толуолі) показали, що зв’язок атомів металу із фуллереном спричиняє розширення смуг у спектрах оптичного вбирання та зсув максимумів цих смуг у бік довгих хвиль. Півширина смуги та величина зсуву збільшується у ряду С₆₀—С₆₀ + Pt—С₆₀ + Fe—С₆₀ + Fe + Pt.Разработана методика получения эндо- и экзофуллеренов методом ионной имплантации. Проведены спектрофотометрические исследования растворов малых концентраций полученных металлофуллеренов в органических растворителях. Показано, что присоединение к фуллерену атома металла приводит к увеличению ширины линий в спектре поглощения и смещению максимума поглощения в длинноволновую часть спектра. При этом полуширина и смещение увеличиваются в ряду С₆₀—С₆₀ + Pt—С₆₀ + Fe—С₆₀ + Fe + Pt

Development of a mathematical model of the compact heat exchanger used for optimizing thermodynamic parameters of the aviation gas turbine engine

Nowadays, the task of using automation for improving the technical and economic efficiency of the engine by reducing the specific fuel consumption and reducing the specific weight is one of the main trends in the development of the aviation industry. A promising approach for decrement of specific fuel consumption and obtaining high thermal efficiency of the gas turbine engine (30% and above) is based on the concept of the recuperative cycle of the gas turbine engine. The article presents the computer-aided calculation of a heat exchanger for analysing the heat exchanger surface and developing the mathematical model of heat exchanger in terms of weight goodness, flow passage goodness, and optimum weight and flow passage. Design calculations had been carried out for an aircraft engine with a heat exchanger made up with deferent heat transfer surfaces. To appraise the reliability of the obtained models, the results of design calculations on the developed models have been compared with the data of other authors and with the data on the created regenerator. The obtained model focus on mathematical design calculation for optimizing the main thermodynamic parameters of a gas turbine engine coupled with a heat exchanger at the stage of conceptual design of aviation gas turbine engine with heat recovery of exhaust gas.This work was supported by the Ministry of education and science of the Russian Federation in the framework of the implementation of the Program of increasing the competitiveness of Samara University among the world's leading scientific and educational centres for 2013-2020 years

Evolution of induced axial magnetization in a two-component magnetized plasma

In this paper, the evolution of the induced axial magnetization due to the propagation of an electromagnetic (em) wave along the static background magnetic field in a two-component plasma has been investigated using the Block equation. The evolution process induces a strong magnetic anisotropy in the plasma medium, depending nonlinearly on the incident wave amplitude. This induced magnetic anisotropy can modify the dispersion relation of the incident em wave, which has been obtained in this paper. In the low frequency Alfven wave limit, this dispersion relation shows that the resulting phase velocity of the incident wave depends on the square of the incident wave amplitude and on the static background magnetic field of plasma. The analytical results are in well agreement with the numerically estimated values in solar corona and sunspots.Comment: 7 pages, 1 figur

Investigation of autoantibodies directed against tissue-specific myocardial antigens in dilated cardiomyopathy

The autoantibodies directed against actin and tnyosine have been detected in the blood sera of patients with dilated cardiomyopathy (DCMP) at the level that was sufficiently higher than in healthy donors. While comparing of the immunogeneicity of these proteins we have stated that myosine from affected by DCMP myocardium have been more immunogenic then from normal one. In the case of actin the immunogeneicity have been higher for the protein from normal myocard. The investigations of actin by limited proteolysis may suggest that the differencies in immune properties are not connected with primary structure but with structures of higher levels.У роботі досліджено аутоантитіла проти тканиноспецифічних антигенів міокарда лю­дини – актина і міозина. Методом твердофазного імуноферментного аналізу (ELISA) показано, що імунореактивність сироваток крові пацієнтів з дилятаційною кардіоміопатією (ДКМП) проти досліджених антигенів суттєво вища, ніж у здорових донорів. При порівнянні імунореактивності однакових сироваток проти антигенів, виділених із нормального і ураженого ДКМП міокарда, виявлено наступну закономірність: імунна відповідь на міозин із нормального міокарда була слабшою, ніж на той же білок із міокарда, ураженого ДКМП. Для актина спостерігалася зворотна залежність. Аналіз актина із нормального і ураженого ДКМП міокарда за допомогою методу обмеженого протеолізу дозволяє вважати, що з розвитком ДКМП цей білок підда­ ється субмолекулярним (скоріш за все, конформаційним) модифікаціям, які призводять до змін його імунореактивності. Отримані результати обговорюються з позиції функціонування скорочувального апарату кардіоміоцитів.В работе исследованы аутоантитела против тканеспецифических антигенов миокарда человека – актина и миозина. Методом твердофазного иммунофермеитиого анализа (ELISA) показано, что иммунореактивность сывороток крови пациентов с дилятационной кардиомиопатней (ДКМП) против исследованных антигенов существенно выше, чем у здоровых доноров. При сравнении иммунореактивности одних и тех же сывороток против антигенов, выделенных из нормального и пораженного ДКМП миокарда, обнаружена следующая закономерность: иммунный ответ на миозин из нормального миокарда был слабее, чем на тот же белок из миокарда, пораженного ДКМП. Для актина наблюдалась обратная зависимость. Анализ актина из нормального и пораженного ДКМП миокарда с помощью метода ограниченного протеолиза дает основание полагать, что при развитии ДКМП данный белок претерпевает субмолскулярные (вероятнее всего, конформационные) модификации, ведущие к изменениям его иммунореактивности. Полученные результаты обсуждаются с позиции функционирования сократительного аппарата кардиомиоцитов