ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
NGUYỄN VĂN THÙY
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG BÀI TOÁN
VỀ TĨNH ĐIỆN CỦA PHÂN TỬ ADN TRONG DUNG DỊCH MUỐI
ION 2+.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
NGUYỄN VĂN THÙY
NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG BÀI TOÁN VỀ TĨNH ĐIỆN CỦA
PHÂN TỬ ADN TRONG DUNG DỊCH MUỐI ION 2+.
Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết và vật lí toán
Mã số: 60 44 01 03
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THẾ TOÀN
Hà Nội – 2015
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn “Nghiên cứu và mô phỏng bài toán về tĩnh điện của
phân tử ADN trong dung dịch muối ion 2+ ”, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
TS. Nguyễn Thế Toàn – Giảng viên Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ngƣời đã
tận tình hƣớng dẫn, trang bị những kiến thức cơ bản và động viên trong suốt quá
trình em thực hiện luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thày cô giáo trong bộ môn Vật lý
lý thuyết – Khoa Vật lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đã trang bị những
kiến thức chuyên môn cần thiết và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành
luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện của ban chủ
nhiệm khoa Vật Lí, phòng Sau Đại học trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại
Học Quốc Gia Hà Nội.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn quỹ Nafosted đề tài số 103.02-2012.75
đã tài trợ kinh phí để giúp em hoàn thành nghiên cứu này.
Cuối cùng em xin gửi những lời cảm ơn tới gia đình, cơ quan và các bạn bè
đã luôn sát cánh, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình em học tập và hoàn
thành luận văn.
Hà Nội, tháng 6 năm 2015
Học viên thực hiện
Nguyễn Văn Thùy
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1- MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA PHÂN TỬ ADN, VIRUS VÀ BÀI TOÁN
PHÓNG ADN RA KHỎI VIRUS ....................................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về ADN ...................................................................................................................... 4
1.1.1. Cấu trúc hóa học của phân tử ADN .................................................................................. 4
1.1.2. Cấu trúc không gian của phân tử ADN ............................................................................. 7
1.2.Tổng quan về virus ........................................................................................................................ 9
1.2.1.Cấu trúc cơ bản của virus ................................................................................................... 9
1.2.2.Chu kì sống của virus ....................................................................................................... 11
1.3. Bài toán phóng ADN ra khỏi virus ............................................................................................ 12
CHƢƠNG 2-CÁC LÝ THUYẾT TĨNH ĐIỆN CHO DUNG DỊCH ................................................ 18
2.1. Phƣơng trình trƣờng trung bình Poisson-Boltzmann và lý thuyết tĩnh điện Debye-Huckel. ..... 18
2.1.1. Phƣơng trình Poisson-Boltzmann ................................................................................... 18
2.1.3. Tuyến tính hóa phƣơng trình Poison – Boltzmann (PB) – Phƣơng trình Debye – Huckel
(DH).…………………………………………………………………………………………..20
2.1.4. Áp dụng phƣơng trình Debyle-Huckel để tính thế năng quanh một hình trụ tích điện. .. 23
2.2. Lý thuyết tĩnh điện tƣơng quan mạnh và sự đảo dấu điện tích bởi các phản ion đa hóa trị ....... 24
CHƢƠNG 3-PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG MONTE CARLO ..................................................... 29
3.1. Phƣơng pháp mô phỏng Monte Carlo và thuật toán Metropolis ................................................ 29
3.1.1. Phƣơng pháp mô phỏng Monte Carlo ............................................................................. 29
3.1.2. Điều kiện cân bằng chi tiết .............................................................................................. 32
3.1.3. Thuật toán Metropolis ..................................................................................................... 33
3.2. Lý thuyết mô phỏng Monte Carlo hệ vĩ chính tắc ...................................................................... 35
3.3. Cách tính áp suất và năng lƣợng tự do bằng phƣơng pháp tập hợp thống kê mở rộng .............. 38
CHƢƠNG 4- KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG HỆ ADN ........................ 40
4.1. Lý thuyết đảo dấu điện tích áp dụng cho bài toán phóng ADN ra khỏi virus ............................ 41
4.1.1. Lý thuyết tính toán số lƣợng ADN phóng ra khỏi virus .................................................. 41
4.1.2.Kết quả việc khớp lý thuyết với số liệu thực nghiệm của việc phóng ADN ra khỏi virus..……...44
4.2. Mô phỏng hệ ADN ..................................................................................................................... 46
4.2.1 Mô hình hệ ADN .............................................................................................................. 46
4.2.2 Kết quả mô phỏng ........................................................................................................... 50
4.2.2.1.Sự đảo dấu điện tích ADN bởi các phản ion đa hóa trị ................................................. 50
4.2.2.2. Tƣơng tác hiệu dụng giữa ADN và ADN khi có mặt phản ion ở dung dịch và năng
lƣợng tự do của quá trình gói ADN vào trong virus. ............................................................ 52
KẾT LUẬN ....................................................................................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................. 58
PHỤ LỤC .......................................................................................................................................... 63
