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Large amplitude of the internal motion of DNA immersed in bio-fluid

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English Summary

Large internal motion of DNA surrounded by bio-fluid is investigated using the relativis- tic Navier-Stokes lagrangian describing the bio-fluid coupled with the standard Klein-Gordon lagrangian describing DNA. It has been shown that under particular external conditions, DNA forms a double helix structure which can be divided into two main regions: small amplitude of motion described by hamiltonian of harmonic oscillator and large amplitude described by nonlinear dynamics where solitary conformational waves can be excited. The interaction between DNA and bio-fluid is discussed using lagrangian method, describing it in a more natural way from first principle through Navier-Storte equation at non-relativistic limit reproducing well-known Sine-Gordon equation. Single soliton solution for nonlinear Klein-Gordon equation with bosonic field Φ and potential V (Φ) is also given, discussing the effect of interaction in a single soliton solution.

Key Technical Terms

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Large amplitude of the internal motion of DNA immersed in bio-fluid A. Sulaiman∗ 2009 Geostech BPPT1, Kompleks Puspiptek Serpong, Tangerang 15310, IndonesiaJan 1 Abstract The interaction between large internal motion of DNA surrounded by bio-fluid is investigated. The phenomenon is modelled using the relativis- tic Navier-Stokes lagrangian describing the bio-fluid coupled to the standard Klein-Gordon lagrangian describing the DNA. It is shown that the equation of motion at non-relativistic limit, |⃗v| ≪c, reproduces the well-known Sine- Gordon equation. The effect of the interaction in a single soliton solution is also given and discussed.[physics.flu-dyn] PACS : 87.10.+e, 87.14.Gg arXiv:physics/0512206v2 ∗Email : lyman@tisda.org 1http://www.bppt.go.id From physical point of view, DNA is considered as a system consisting of many interacting molecules in a particular configuration of space-time. It has been shown that under particular external conditions the molecules form a double helix [1]. The helix has a dynamic and flexible structure. The motion (transverse, longitudinal and torsional) of DNA can be divided in two main regions : the small and large amplitude of internal motions. The small amplitude of motion can be described by the hamiltonian of harmonic oscillator. On the other hand, the large amplitude is described by a non-harmonic one [2, 3]. Recently, many works have discussed and arrived at the conclusion that the large amplitude of internal motion can be considered as a nonlinear dynamical sys- tem where solitary conformational waves can be excited [1]. Nonlinear interaction between molecules in DNA gives rise to a very stable excitation, the so-called soliton [2]. Soliton is a pulse-like nonlinear wave which forms a collision with similar pulse having static shape and speed [4]. As mentioned above, DNA is not motionless. It is in a constantly wringgling dynamics state in a medium of bio-organic fluid in the nucleus cell. However, the motion of…

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한글 요약 (Korean Summary)

바이오-유체로 둘러싸인 DNA의 큰 내부 운동은 DNA를 설명하는 표준 클라인-고르돈 라그랑지안과 결합 된 생체 유체를 설명하는 상대성 네비저 스토크 라그랑지안을 사용하여 조사된다. 특정 외부 조건 하에서 DNA는 이중 나선 구조를 형성하는 것으로 나타 났으며, 이는 두 가지 주요 영역으로 나눌 수있는 이중 나선 구조를 형성하는 것으로 나타났습니다. 해밀턴의 고조파 오실레이터의 해밀턴에 의해 기술 된 작은 운동의 진폭 및 고독한 형태 적 파도가 흥분 할 수있는 비선형 역학에 의해 기술 된 큰 진폭. DNA와 바이오-플루이드 사이의 상호 작용은 Lagrangian 방법을 사용하여 논의되는데,이를 잘 알려진 사인-고든 방정식을 재현하는 비 방향 적 제한에서 Navier-Storte 방정식에 이르기까지 첫 번째 원칙에서 Navier-Storte 방정식에 이르기까지보다 자연스럽게 설명합니다. BOSONIC 필드 φ 및 전위 V (φ)를 갖는 비선형 클라인-고든 방정식에 대한 단일 솔리톤 솔루션도 제공되어 단일 솔리톤 솔루션에서의 상호 작용의 영향에 대해 논의한다.

주요 기술 용어 (한글 설명)

  • Navier-Stokes equation
    설명 (Korean): 점도 및 압력 변화에 기초한 유체의 운동을 설명하는 방정식; 주변 DNA를 모델링하는 데 사용됩니다.
    (Original English: equations that describe the motion of fluids based on viscosity and pressure changes; used to model bio-fluid surrounding DNA.)
  • Klein-Gordon lagrangian
    설명 (Korean): M과 Lambda가 상수 인 φ4 이론에서 친숙한 잠재적 V (φ)를 고려하여 DNA의 큰 진폭 내부 운동을 설명합니다.
    (Original English: describes large amplitude internal motions in DNA, taking into account potential V (Φ) familiar from Φ4 theory where m and lambda are constants.)
  • Standard Klein-Gorden Lagrangian
    설명 (Korean): Bosonic Field Phi (x)를 사용한 표준 Klein-Gordon Lagrangian을 사용한 DNA의 운동을 설명하며,이 경우 특정 경우 분석 솔루션을 허용합니다. 주변 DNA를 모델링하는 데 사용됩니다.
    (Original English: describes motion of DNA using standard Klein-Gordon Lagrangian with bosonic field Phi(x), which allows for analytic solutions in certain cases; used to model bio-fluid surrounding DNA.)

발췌문 한글 번역 (Korean Translation of Excerpt)

생체 유체 A. Sulaiman * 2009 Geostech BPPT1, Kompleks Puspiptek Serpong, Tangerang 15310, Indonesiajan 1에 침수 된 DNA의 내부 운동의 큰 진폭은 바이오 플러드로 둘러싸인 DNA의 큰 내부 운동 사이의 상호 작용이 조사된다. 이 현상은 DNA를 설명하는 표준 클라인-고르돈 라그랑지안에 결합 된 생체 유체를 설명하는 상대성 Navier-Stokes Lagrangian을 사용하여 모델링됩니다. 비 종교적 한계에서 운동 방정식이 | ⃗V | 잘 알려진 사인 고든 방정식을 재현합니다. 단일 솔리톤 솔루션에서의 상호 작용의 영향도 제공되고 논의됩니다. [Physics.flu-Dyn] Pacs : 87.10.+e, 87.14.gg arxiv : physics/0512206v2 * 이메일 : lyman@tisda.org 1http : //www.bppt.go.go. 시공간의 특정 구성에서 분자. 특정 외부 조건 하에서 분자는 이중 나선을 형성하는 것으로 나타났습니다 [1]. 나선은 역동적이고 유연한 구조를 가지고 있습니다. DNA의 운동 (횡 방향, 세로 및 비틀림)은 두 가지 주요 영역, 즉 내부 운동의 작고 큰 진폭으로 나눌 수 있습니다. 작은 운동의 진폭은 해밀턴의 고조파 발진기에 의해 설명 될 수 있습니다. 다른 한편으로, 큰 진폭은 비 신성증으로 설명된다 [2, 3]. 최근에, 많은 작품들이 내부 운동의 큰 진폭이 독방 입체 형태 파가 흥분 될 수있는 비선형 동적 시스템으로 간주 될 수 있다는 결론에 대해 논의하고 도달했다 [1]. DNA에서 분자들 사이의 비선형 상호 작용은 소위 솔리톤 인 매우 안정적인 흥분을 일으킨다 [2]. Soliton은 정적 모양과 속도를 갖는 유사한 펄스와 충돌을 형성하는 펄스와 같은 비선형 웨이브입니다 [4]. 위에서 언급했듯이 DNA는 움직이지 않습니다. 그것은 핵 세포에서 생체 유체 유체 매체에서 끊임없이 짜여진 역학 상태에있다. 그러나 …의 움직임은 …

Source: arXiv.org (or the original source of the paper)

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