Вопрос школьника
Оцените время, за которое двойная спираль молекулы ДНК может раскрутиться на две отдельные спирали, если её число витков N = 1,2⋅10^4, а кинетическая энергия вращения молекулы К ≅ 2⋅10 – 21 Дж, момент инерции относительно оси вращения равен Jz ≅ 9⋅10 –38 Дж
Ответ от учителя
Для раскручивания двойной спирали молекулы ДНК необходимо преодолеть силы взаимодействия между нитями, которые удерживают их вместе. Эти силы называются гидрофобными взаимодействиями и водородными связями. Для разрушения этих связей необходимо затратить энергию, которая будет использована для раскручивания спирали.
Для оценки времени, необходимого для раскручивания молекулы ДНК, можно использовать формулу:
t = Jz / К
где t — время, Jz — момент инерции относительно оси вращения, К — кинетическая энергия вращения молекулы.
Подставляя значения, получим:
t = 9⋅10 –38 Дж / 2⋅10 – 21 Дж ≅ 4,5⋅10^17 секунд
Это очень большое время, которое превышает возраст Вселенной. Однако стоит учитывать, что в реальности процесс раскручивания молекулы ДНК происходит не мгновенно, а постепенно, благодаря взаимодействию с ферментами, такими как ДНК-гираза и ДНК-геликаза. Эти ферменты способны разрушать гидрофобные взаимодействия и водородные связи, что позволяет раскручивать молекулу ДНК в течение нескольких секунд или минут.
