Алгоритмы переноса заряда в ДНК на большие расстояния

Лабораторией квантово-механических систем (ИМПБ РАН) был численно исследован поляронный перенос заряда в ДНК в постоянном электрическом поле. Поставленные математические эксперименты подтвердили возможность эффективного движения заряда на большие расстояния и продемонстрировали, что процесс возможен и без задания специальных начальных условий. В настоящее время опубликовано множество теоретических работ, посвященных моделям переноса заряда в ДНК, но, пока, отсутствует надежный способ расчета того, как это происходит. А значит затруднительно серьезное продвижение в конструировании электронных устройств на основе ДНК. Решение задач, обеспечивающих использование биомолекул в молекулярной электронике, позволило бы приблизить давно ожидаемую смену основной парадигмы электроники. Но для этого необходимо решить еще много проблем.

В теоретических работах обсуждаются две базовые модели переноса избыточного заряда. Согласно одной, электрон или дырка в ДНК движется прыжками, переходя последовательно с одного основания на другое (см., например, Jortner J., Bixon M., Langenbacher T, Michel-Beyerle M.E. PNAS, 1998, v. 95, p.12759). В другой модели переход осуществляется в результате суперобмена, согласно которому электрон химически не взаимодействует с промежуточными, отделяющими донор от акцептора, нуклеотидными парами, и непосредственно переходит с донора на акцептор (Beratan D.N., Priyadarshy S., Risser S.M. Chemistry