Yumuşak maddelerin geniş kapsamlı ve iri-taneli moleküler dinamik simülasyonları: RNA'dan hidrojellere

CG-MD simülasyonları, dışıl kuvvetlerin makromoleküler yapılara dinamik etkilerinin incelenmesinde vazgeçilmezdir. Bu tezin amacı, CG-MD'den faydalanarak (a) hidrojellerin zamana bağlı dışarıdan uygulanan elektrik alan altındaki tepkisi ve (b) RNA saç-tokası yapısının sıcaklık ve molekül büyüklüğüne bağlı olarak erime zamanın değişimini belirlemektir. PE hidrojellerin elektrik alan etkisindeki mekanik tepkisinin kontrolü, hidrojel bazlı yumuşak, harekete geçiren sistemler için büyük önem arz etmektedir. Bu tezin ilk kısmı, kısmi olarak sonsuz uzunluktaki PE hidrojel plakasının, geçici olarak uzaydan ve yarı-sinüs dalgası şeklinde uygulanan düzensiz elektrik alan altında, "implicit" ve "explicit" solvent modellerinde araştırmaktır. "Implicit" solvent modeli sonuçları, sadece küçük bir alana uygulanan elektrik alanın tüm hidrojel plakasını tersinebilir bir biçimde uygulanan etkinin dikey yönünde bir sıkıştırmaya neden olduğu ispat edilmiştir. Bu hidrojel, ilk aşamada elektrik alan uygulanmaya başlamadan önceki uzunluğuna oranla yarısına kadar sıkışmış ve ilk uzunluğuna tekrardan açılmış, ardından da sönümlenen salınıma benzer bir biçimde açılma/sıkışma döngüsünü üstsel olarak zayıflayarak tekrar etmiştir. Aksi durumda ise, bu elektik alan tüm hidrojel levhasına monoton olarak uygulandığında neredeyse hiç küçülme gözlemlenmedi. Analiz sonuçlarının, sıkışma zamanının iskelet yapısı yük sıklığına, dielectrik sabitine ve tuz konsantrasyonuna bağımsız olduğunu göstermesi, bu fenomenin sağlamlığını kanıtlar niteliktedir. Ayrıca, elektrik alan frekansını ve genliğini ayarlayarak sıkışma zamanı ve miktarı ayarlanabilir niteliktedir. Ek olarak, bu fenomen "explicit" solvent modeli kullanılarak da ispat edilmiştir. Bulgular, gerçeğe yakın su konsantrasyonlarında (0.7 M), hidrojelin sıkışma oranının \%35 e kadar ulaştığını göstermiştir. Bahsi geçen sıkışmanın "implicit" solvent modelindeki gibi sadece kısmi olarak uygulanan elektik alan etkisiyle sonuçlansa da, en yüksek sıkışma oranı, bu alanın hidrojel levhasının başlanguç büyüklüğünün \%10'u yerine yarısına uygulandığında gözlemlenmiştir. PE hidrojel levhasının mekanik davranışı sonuçlarının solvent modeline, hidrojelin kimyasal bileşenliğine ve elektrik alan parametrelerine bağımlı olmadığı sonucuna varılmıştır. Tezin ikinci kısmında, palindromik sekansı ile seçkinleşmiş başka bir makromoleküler sistem olan RNA saç-tokasının erime davranışı, ilk kısma benzer olarak CG-MD simülasyonu ile incelenmiştir. Nükleik asitlerin yapı ve dinamik davranışlarının sıcaklığa bağlılığın saptanması, polimer fiziğinde asli bir merak konusudur ve termofilik bakterilerin hücre içi işleyişlerini anlamakla oldukça ilişkilidir. Bu makromoleküllerin karakteristik sarmal yapıları, bağlanma ve erime dinamiklerinde önemli rol oynamaktadır. Ana odak, ortam sıcaklığının yükseltilmesiyle oluşan erime dinamiğidir. Sonuçlarımız, belirgin iki farklı dinamik rejimin var olduğunu öne sürmektedir. Denge erime sıcaklığına yakın görülen "kritik rejim", erime zamanının sıcaklığa beklenmedik, tekdüze olmayan bir bağlılık göstermektedir. İkinci olarak, yüksek sıcaklık rejimi, çizgisel ikili sarmalın denşirilmiş uçlarının entropik çekişmesi ile nitelendirilmektedir. İki rejim için de erime süresinin ölçeklendirilmiş davranışı incelendi ve rejim geçiş sıcaklığı, sıcaklık ve molekül büyüklüğü fonksiyonu olarak tanımlandı.