溶液中DNA链操作的Metropolis模拟
Metropolis simulations of the manipulation of DNA strands in solution
摘要：
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英文摘要：
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机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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双链DNA可以通过拉单链来解链吗？：吸附DNA的相
Can a double stranded DNA be unzipped by pulling a single strand?: Phases of adsorbed DNA
我们研究了双链DNA（dsDNA）的解链，通过在单链上施加外力，而使另一条链自由。我们发现，如果外力超过一个临界值，双链DNA可以解压缩成两个单链。我们得到的相图被发现是不同的从解压缩的相图，通过拉两股在相反的方向。在DNA附近存在吸引表面的情况下，相图得到急剧修改，并显示出更丰富的惊喜，包括一个临界端点和一个三相点。
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三链DNA的泡束缚态：具有排斥作用的DNA中的Efimov物理
Bubble-bound state of triple-stranded DNA: Efimov Physics in DNA with repulsion
通过精确的实空间重整化群（RG）变换和有限长链比热的精确计算，建立了大尺寸（$d\geq 5$）三链DNA的热力学相，即两条束缚链和一条束缚链的气泡的混合相.类似的精确计算的分形Sierpinski垫片尺寸$d<2$建立排斥三链相互作用的存在下的相的稳定性。与Efimov DNA相反，其中三条链结合，但没有两条链结合，混合相出现在两条链解链温度的结合侧。Efimov-DNA和混合相都是由于链交换机制而形成的。
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超声波作为在DNA双链体中产生链间缺陷的手段
Hyper-sound as a means for generating inter-strand defects in a duplex of the DNA
根据无序链的Lifshits理论处理双链DNA气泡缺陷的形成。一个DNA分子被模拟在一个具有最近邻相互作用的谐波晶格上，弹性常数随机分布。螺旋对称性通过在晶格的位置处的手征场来调节。位点的数目从100到300不等，对应于持久长度的DNA片段。我们发现的弹性本征模式，模仿双链体的股间激励的频谱。频率分布在频谱的高频端显示峰和谷，与一般理论一致。外部激励可以导致可以产生晶格的局部模式的参数共振。在现实生活中，泵浦超声波可能会产生类似于本文研究的共振，从而导致DNA双链体中链间模式的激发和可能的气泡形成。
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DNA链的二维网络中的孔-计算机模拟
Pores in a two-dimensional network of DNA strands - computer simulations
在二维三角格子上模拟了DNA链随机网络的形成。我们研究了网络中孔隙的尺寸分布。结果解释内Bethe格上的渗流理论。
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三链DNA模型的熔化行为和不同束缚态
Melting behavior and different bound states in three-stranded DNA models
DNA的热变性经常用粗粒模型来研究，其中天然连续碱基配对通过仅在沿着链的相同位置处的单体之间存在吸引力相互作用来模拟（波兰和Scheraga模型）。在此框架内，在双链体DNA将处于变性状态的条件下，三链DNA结合状态的存在最近从简化的分级晶格（$d>2$）和$1+1$维度上的三个定向聚合物模型的研究中预测。这种类似于核物理学中埃菲莫夫效应的现象被称为埃菲莫夫-DNA。在本文中，我们研究了尺寸为$d<2$的Sierpinski垫片上的三链DNA的熔化，通过分配额外的权重因子到叉的开口和闭合，以诱导双链DNA熔化。在这样的背景下，我们可以再次发现Efimov-DNA样状态的存在，但令人惊讶的是，我们还发现了一种不同的相的存在，称为混合状态，其中链是成对结合的，但没有三个链接触。而Efimov DNA原来是一个交叉附近融化，混合相是一个热力学相。
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用DNA的粗粒模型研究DNA纳米镊子
DNA nanotweezers studied with a coarse-grained model of DNA
我们介绍了一个粗粒度的刚性核苷酸模型的DNA，重现短链的基本热力学：双链杂交，单链堆叠和发夹的形成，也捕捉到DNA的基本结构特性：螺旋间距，持久性长度和扭转刚度的双链分子，以及比较灵活的非堆叠单链。我们应用该模型来计算详细的自由能景观的一个完整的周期的DNA“镊子”，一个简单机械驱动的杂交和链置换。
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双链DNA中的气泡动力学：基于Rouse链的方法
Bubble dynamics in double stranded DNA : A Rouse chain based approach
我们提出了一个双链DNA局部变性区（气泡）的波动动力学模型。在我们的公式中，DNA链被建模为一个一维的劳斯链限制在两端。当链的横向位移达到一个临界值时，气泡形成。这个简单的模型有效地再现了自相关函数的标记的碱基对的DNA链中所测量的种子单分子实验Altan-Bonnet等。al（Phys. Rev. Lett. 90，138101（2003））。虽然我们的模型在数学上类似于Chatterjee等人提出的模型（J.Chem.Phys.127，155104（2007）），但它通过将链动力学通过受限的Rouse链结合而超越了单个反应坐标描述，从而考虑了动力学的集体性质。我们的模型还表明，自相关函数是非常敏感的正常模式的链的弛豫时间，这是显而易见的，因为气泡的波动动力学有来自不同的正常模式的链的贡献。
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盐浓度对非均相DNA稳定性的影响
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研究了阳离子对双链DNA（dsDNA）分子稳定性的影响。溶液中盐形式的阳离子充当屏蔽剂，从而减少这些链之间的排斥。我们研究了几种异质DNA分子。本文采用Peyrard-Bishop-Dauxois（PBD）模型计算了DNA分子在热力学系综和力系综中的相图。解离能和堆积能是影响DNA稳定性的两个最重要的因素。适当的修改模型参数，我们调查阳离子浓度对不同的异质性DNA分子的稳定性的作用。这项工作的目的是了解这些阳离子如何修改不同的对或沿链的碱基的强度。力系综的情况下（dsDNA是从一端拉）的相图与实验结果进行了比较。
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三股DNA的重整化群极限环
Renormalization Group Limit Cycle for Three-Stranded DNA
我们证明了在双链体熔点处存在一个类似Efimov的三链DNA结合态，并用重整化群极限环来描述。一个非微扰RG是用来获得这个结果，在一个模型中只涉及短程配对。我们的研究结果表明，Efimov物理可以在聚合物体系中进行测试。
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外加应力对DNA热熔融的影响
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讨论了外应力对均质DNA热变性的影响。将双链DNA的每一端拉出来，会对该分子的长片段的热变性或解链产生深远的影响。我们讨论的拉伸力施加到DNA链的两端之一，包括充分考虑排除体积的后果，在这种情况下，大大简化了分析的这种过渡的影响。我们还讨论了热变性和力产生的分离的相互作用时，张力是由一个力产生的末端的双股和一个相等的和相反的力施加到另一端的第二条链。
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双链DNA的剪切解链
Shear unzipping of double stranded DNA
提出了一个简单的非线性标量位移模型来计算剪切力对双链DNA（dsDNA）分子的作用分布以及使分子的两条链分离所需的剪切力$F_c$的大小.它示出，只要力拉在其应用的方向上的整个股的值$F_c$线性地依赖于长度;从线性行为的偏差发生时，一个股的一部分在相反的方向上移动的影响下的力作用在其他股。作为dsDNA分子长度的函数的$F_c$的计算值与Hatch等人的实验值非常一致（Phys. Rev. $\bf 78$，011920（2008））。
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剪切力对双链DNA分离的影响
Effect of shear force on the separation of double stranded DNA
利用Langevin动力学方法模拟了不同温度下剪切力对短双链DNA断裂的影响。结果表明，断裂力随链长的增加而线性增加，并趋于与实验一致的渐近值。这些曲线的定性性质对于不同的温度几乎保持相同，但力发生了变化。我们观察到三种不同的制度下的剪切力的共价键（骨干）的延伸。
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强超短laser脉冲对天然状态下DNA质粒的影响：{\it原位}电子诱导的链断裂
Effect of intense, ultrashort laser pulses on DNA plasmids in their native state: strand breakages induced by {\it in-situ} electrons
在水介质中，通过强度为1 - 12 TW cm $^{-2}$的强超短激光脉冲（820 nm波长，45 fs脉冲持续时间，1 kHz重复率）在DNA质粒pBR 322和pUC 19中诱导单链断裂。强激光辐射产生{\it in situ}电子，其诱导超螺旋DNA转化为松弛DNA。电子介导的DNA结构的松弛的程度是量化的。电子和自由基清除剂的引入抑制DNA损伤。
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单链断裂导致DNA曲率松弛的模拟与实验
Relaxation of DNA curvature by single stranded breaks: Simulations and experiments
最近提出的压缩骨架理论表明，DNA中的固有曲率可能是由特定骨架长度和最佳碱基堆积方向之间的几何失配引起的。它预测，在A束重复的曲率可以通过引入单链断裂（切口）放松。这种效应以前没有被测试过，也不能用DNA弯曲的替代模型来解释。在这里，在一个专门设计的一系列切口DNA片段的曲率进行了测试实验，凝胶迁移率测定，同时，通过自由分子动力学模拟。单链断裂对随机序列DNA的凝胶迁移率几乎没有影响。与此相反，切口A-道片段揭示了一个规则的调制曲率取决于相对于整体弯曲的链断裂的位置。当切口出现在A束内时，观察到最大松弛。模拟结果部分再现。计算弯曲的DNA构象的分析揭示了一组糖原子，表现出减少的骨架长度内的A-道，这可以对应于压缩假说。
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富含胞嘧啶的DNA链解折叠机制中隐藏的复杂性
Hidden complexities in the unfolding mechanism of a cytosine-rich DNA strand
我们通过分子动力学模拟研究了富含胞嘧啶的DNA发夹结构的解折叠途径。我们的研究结果表明，在展开过程中存在一个隐藏的复杂性。我们表明，这种复杂的行为是由于非随机的贡献，有一个重要的影响描述的动态集体变量。
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DNA中变性泡的链扩散限制闭合
Strand diffusion-limited closure of denaturation bubbles in DNA
利用布朗动力学模拟和解析方法研究了预平衡DNA变性气泡的闭合动力学。数值模型由两个半柔性相互作用的单链（ssDNA）和弯曲模量，这取决于碱基对状态，双链DNA（dsDNA）段比ssDNA的硬50倍。当DNA长度从N=20到100个碱基对（bp），气泡的初始大小为N-6 bp时，发现闭合时间较长，为0.1到4微秒，遵循N ^[2.4]的比例定律。气泡开始通过快速压缩而闭合，当气泡达到长度约10 bp的高度弯曲的亚稳态时停止。完成闭合的限制性最终步骤由dsDNA“臂”旋转扩散控制，一旦它们几乎对齐就发生闭合。链弯曲，这不能占在一维模型中的核心作用，从而照亮。
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双股DNA的弯扭耦合及扭转响应
Twist-bend coupling and the torsional response of double-stranded DNA
最近的磁镊实验报告了双链DNA的扭曲响应的可扭曲蠕虫状链模型的预测系统偏差。在这里，我们表明，通过分析结果和计算机模拟，这些差异可以解决，如果扭曲和弯曲之间的耦合被引入。我们得到一个估计为40 $\pm$ 10 nm的扭曲弯曲耦合常数。我们的模拟结果与高分辨率磁镊扭矩数据吻合良好。尽管很久以前就预测了扭转-弯曲耦合的存在（Marko和Siggia，Macromolecules 27，981（1994）），但其对DNA的机械性质的影响迄今为止在很大程度上尚未被探索。我们期望这种耦合在DNA静态和动态的几个方面起着重要的作用。
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错配在DNA变性中的作用
On the role of mismatches in DNA denaturation
在波兰Scheraga模型的DNA变性的框架下，我们推导出了双链DNA的配分函数的递归关系，允许两条链之间的错配。这种关系进行了研究，使用标准参数的堆叠能量和回路熵。对于互补链（长度为1000），我们发现，只有当协同性参数$σ$是一阶的，错配是显着的。由于DNA中存在$σ\sim O(10^{-5})$，因此，从错配中获得的熵收益被打开一个环的能量成本所压倒：因此错配是无关紧要的（并且链的分子识别是完美的）。在一条链上产生概率为$p$的随机突变，我们发现大的$σ$值对突变是相当耐受的。对于$σ$的实际（小）值，即使对于小突变分数，两条链也不会重组。因此，分子识别具有极高的选择性。
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DNA杂化的广义Poland-Scheraga模型
Generalized Poland-Scheraga model for DNA hybridization
用于DNA螺旋-卷曲转变的波兰-谢拉加（PS）模型考虑了两条长度相等的互补DNA链结合（或杂交）的统计力学，其限制是仅允许沿着链具有相同指数的碱基结合。在本文中，我们扩展了这个模型，放松这些限制：我们提出了一个概括的PS模型，它允许绑定的两条链的长度不等的$N_{1}$和$N_{2}$与无关的序列。我们特别研究了（i）错配对互补链杂交的影响（ii）不等长$N_{1}$和$N_{2}$的非互补链（由点突变引起）的杂交。采用Fixman-Freire方法，使算法的计算复杂度从$O(N_{1}^{2}N_{2}^{2})$降低到$O(N_{1}N_{2})$，对几kbps的互补链的模拟结果与PS模型几乎相同.对于长度相等或不等的短链，结合显示出对突变的强烈敏感性。该模型可能与DNA微阵列中的实验方案相关，并且更普遍地与DNA片段的分子识别相关。它还提供了序列比对的物理实现。
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力诱导DNA熔化
Force Induced DNA Melting
当沿着轴拉动时，双链DNA经历大的构象变化，并且在约70 pN的拉力下伸长约两倍于其初始轮廓长度。这种高度过度伸展的DNA形式的转变是非常合作的。施加垂直于DNA轴的力（解链），双链DNA也可以分离成两个单链DNA，这是DNA复制的基本过程。我们用全原子分子动力学（MD）模拟方法研究了DNA的过度拉伸和解链转变，并认为与上述过程相关的双链DNA构象变化可以看作是力诱导的DNA解链.随着DNA一端的力增加，DNA在取决于拉动方向的临界力之后开始突然/平滑地熔化。DNA完全熔化的临界力fm随着系统温度的升高而降低。解链情况下的解链力小于沿螺旋轴拉动DNA时的解链力。在通过解链解链的情况下，双链分离具有跳跃，其对应于由于不同碱基对序列而产生的不同能量最小值。Watson-Crick碱基对氢键断裂的分数作为力的函数不显示平滑和连续的行为，并且由平台和随后的急剧跳跃组成。
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用于大规模双链DNA模拟的单核苷酸分辨率模型
A Single Nucleotide Resolution Model for Large-Scale Simulations of Double Stranded DNA
提出了一种单核苷酸水平的双链DNA介观模型，保留螺旋结构并支持高达一百万碱基对的大规模并行模拟，其行为与单分子实验相符，并给出了线性DNA变性动力学结果。
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DNA驱动的使用DNA接枝噬菌体fd病毒体的微米级棒的自组装
DNA driven self-assembly of micron-sized rods using DNA-grafted bacteriophage fd virions
我们已经用寡核苷酸功能化fd噬菌体病毒粒子的侧面，以诱导DNA杂交驱动的高纵横比丝状颗粒的自组装。这种新结构的潜在影响范围从DNA折纸结构中的全新构建块，DNA纳米结构和纳米机器中的病毒体的包含，到向溶致液晶系统添加热致控制的新手段。一个协议生产的病毒体在散装审查。使用异双功能化学接头将硫醇化寡核苷酸连接至病毒衣壳。利用常用的系统，其中粘性单链DNA链连接到惰性双链间隔区以增加颗粒间连接性。携带互补链的fd病毒体的溶液被混合，退火，并使用动态光散射（DLS），荧光显微镜和原子力显微镜（AFM）研究它们的聚集。在冷却时清楚地观察到聚集，具有一定程度的局部有序性，并且当温度通过DNA杂交转变循环时是可逆的。
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单链DNA i基序的高温去折叠模拟
High temperature unfolding simulations of a single stranded DNA i-motif
我们提出了高温500 K分子动力学模拟的DNA i-模体的结果。的基本动力学和主要的去折叠途径进行了比较，在300 K的偏置metadhesics模拟。我们的结果表明，在两种温度下的协同运动非常一致。这种转变可以用几个特征向量来描述，这表明它是一个简单的展开过程。在500 K下解折叠的两种主要机制与300 K下的模拟结果吻合较好。
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旋转诱导DNA的大分子缠绕
Rotation-induced macromolecular spooling of DNA
遗传信息存储在碱基对的线性序列中;然而，热波动和复杂的DNA构象（如折叠和环）使得订购基因组材料进行体外分析具有挑战性。在这项工作中，我们发现，旋转诱导的大分子缠绕的DNA周围的旋转微丝可以单调地命令基因组碱基，克服了这一挑战。我们使用单分子荧光显微镜直接可视化长DNA链变形和伸长的剪切流附近的旋转微丝，在协议与数值模拟。虽然观察到未拴系的DNA大幅伸长，但与我们的理论和数值模拟一致，通过引入拴系，DNA的强延伸成为可能。对于拴系聚合物的情况下，我们表明，增加的旋转速率可以确定性地线轴的链的相当大的一部分成一个完全拉伸，单列构象。当应用于DNA时，尽管熵增加，但在微丝表面上顺序排列的遗传信息的分数将随着轮廓长度而增加。这种处理长链DNA的能力与用于测序和绘图的现代DNA样本制备技术形成鲜明对比，后者通常仅限于相对较短的链，导致重建基因组面临挑战。因此，除了发现新的旋转诱导的大分子动力学，这项工作启发了新的方法来处理基因组长度的DNA链。
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由DNA制成并以其为燃料的合成自主旋转纳米管
A synthetic autonomous rotary nanomotor made from and fuelled by DNA
DNA纳米结构是使用合成的DNA链制成的，其序列被设计成使得它们将通过互补结构域的杂交自组装成所需的形式。已经提出了各种结构和设备，包括DNA镊子、纳米机器人和一系列直线电动机，如双足步行机。后者的灵感来自于天然存在的分子马达，如驱动蛋白。本文介绍了一个概念，自主旋转纳米管从DNA，它利用众所周知的和广泛研究的现象的立足点介导的DNA链位移。马达将由一系列链置换反应驱动，其顺序由包含马达机制的DNA链的二级结构产生的空间约束控制。如果能够实现自主旋转运动，DNA马达的能力将大大扩展。该装置具有一系列潜在的应用，包括分子计算和单分子操纵。
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熔融附近DNA的链间距离分布
Inter-strand distance distribution of DNA near melting
本文研究了DNA分子两条链的互补碱基对在解链转变附近的距离分布。本文讨论了一个包含自回避相互作用的广义Poland-Scheraga型模型的标度参数。在转变温度下，对于较大的距离r，分布衰减为1/r^κ，其中κ=1+（c-2）/ ν。这里v是自避免行走相关长度指数，c是与链中开环的熵相关的指数。还给出了刚好低于熔点的分布函数结果。数值模拟充分考虑了自回避相互作用，与标度方法一致。
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DNA在熔融附近的软化作为一种涌现性能的消失
Softening of DNA near Melting as Disappearance of an Emergent Property
在熔融转变附近的弯曲弹性常数，$κ$，双链DNA（dsDNA）的一个新兴的属性，被证明不遵循棒状缩放小长度$N$。$κ$随温度的降低由连续转变的变性气泡确定，例如，当两股为高斯型时，但对于排除了体积相互作用的股，在一级跃迁时，在开口端附近的Y型构型中的断裂键。在后一种情况下，杠杆规则是可操作的，这意味着相共存，尽管已知dsDNA是单相。
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四臂DNA树枝状大分子的组装与接枝模型
Model for Assembly and Gelation of Four-Armed DNA Dendrimers
我们介绍和数值研究的模型，旨在模仿大量的行为组成的单链DNA树状聚合物的系统。不同链的碱基序列的互补性导致形成强合作的分子间连接。我们发现，在一个非常狭窄的温度范围内，该系统通过热可逆凝胶转变形成一个大规模的，低密度的无序网络。通过控制链的长度，凝胶转变温度可以任意接近渗滤转变，与最近的模型系统的物理凝胶化。这项研究有助于理解这类新型生物材料的自组装，并在物理和化学凝胶之间提供了一个很好的桥梁。
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氢消除诱导DNA双链断裂的反应性分子动力学模拟
Reactive Molecular Dynamics Simulation on DNA Double Strand Breaks Induced by Hydrogen Elimination
本研究提出瘢痕模型，通过反应力场分子动力学模拟探究氚β衰变致氢消除引发的端粒DNA双链断裂机制，明确了双链断裂需两条链均有邻近分布的足量瘢痕的必要条件。
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解旋酶打开DNA双链。主动开放与被动开放
Opening of DNA double strands by helicases. Active versus passive opening
双链核酸的解旋酶打开可以是“主动的”（解旋酶直接使dsNA不稳定以促进打开）或“被动的”（解旋酶结合由于打开部分dsNA的热波动而可用的ssNA）。我们描述了解旋酶开放dsNA，基于解旋酶结合单NA链，并向双链区域移动，使用离散的“跳跃”模型。解旋酶和双链打开的连接点之间的相互作用的特征在于相互作用势。电势的形式决定了开口是主动的还是被动的。我们计算的解旋酶PcrA的被动开放率，并表明，开放是主动时，速率增加。最后，我们研究了如何选择相互作用势来优化链分离的速率。一个重要的结果是，我们发现，主动开放可以增加7倍的解旋速率相比，被动开放。
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吸附如何影响DNA变性
How adsorption influences DNA denaturation
研究了在固体表面有吸引力的情况下DNA的热致变性。DNA的两条链通过两个耦合的柔性链建模，没有体积相互作用。如果两条链吸附在表面上，变性相变消失。相反，存在到弱自然状态的平滑交叉。我们的第二个结论是，即使在给定的温度下，链间吸引力太弱，无法形成自然状态，而表面链吸引力太弱，无法形成吸附状态，这两种吸引力的组合效应也可以导致自然和吸附状态。
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作为可编程粘弹性纳米元件的DNA
DNA as a programmable viscoelastic nanoelement
具有重复序列的DNA分子的两条链可以配对成许多不同的碱基配对模式。对于完美的周期序列，Poerschke的早期批量实验表明存在滑动过程，允许不同相对链位置之间的快速过渡[Biophys. 2（1974）83]。在这里，我们使用一个详细的理论模型来研究周期和近周期DNA的碱基配对动力学。正如Poerschke所建议的，DNA滑动是由碱基配对缺陷（凸起环）介导的，它可以沿着DNA扩散。此外，当f大于临界值f_c时，在长度为N的双股钢绞线中，产生一个向外的平均滑动速度v~1/N。相反，如果这些链最初是不对齐的，那么即使受到小于f_c的外力，它们也会重新对齐。这些动力学有效地导致DNA在剪切力下的粘弹性行为，具有通过选择DNA序列可编程的性质。我们发现，少量的突变在周期序列并不能阻止DNA滑动，但在动态响应中引入了时间延迟。我们澄清的时间延迟的机制，并定量描述它的唯象模型。基于我们的研究结果，我们提出了新的动力学作用的DNA在人工纳米器件。这里描述的碱基配对动力学也与基因组DNA内重复序列的延伸有关。
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单链DNA i-motif的去折叠机制和自由能谱
Unfolding mechanism and the free energy landscape of a single stranded DNA i-motif
我们提出了分子动力学模拟的单链非质子化DNA的i-模体在明确的溶剂。我们的研究结果表明，在非酸性溶液中，在300 K的天然结构是不稳定的，完全消失的时间尺度高达10 ns。两个解折叠机制与最初相互作用的核碱基之间的连接性降低，可以确定其中一个途径的特征在于熵更有利。熵偏好主要可以通过路径上几种出现的结构的氢键产生的强水有序效应来解释。最后，我们能够通过自由能计算表明，最稳定的配置属于不同的发夹结构，与实验结果吻合良好。
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DNA复性动力学的格点polymer研究
A lattice polymer study of DNA renaturation dynamics
DNA复性是两条互补单链重组形成双螺旋。实验上已知，复性通过几个碱基对的双链核的形成（限速步骤）进行，随后是快得多的拉链化。我们考虑一个晶格聚合物模型进行劳斯动力学和专注于两个扩散股的成核。我们数值研究了各种成核速率对链长和附加的局部成核势垒的依赖关系。当局部势垒足够高时，所有考虑的复性速率都与Kramers速率理论预测的长度成比例，并且也与实验一致：它们的缩放行为由描述聚合物平衡性质的指数决定。当局部势垒降低时，复性发生在真正的非平衡行为的区域中，并且缩放偏离速率理论预测。
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力诱导B-DNA熔融的热力学：单链离散性很重要
Thermodynamics of force-induced B-DNA melting: single-strand discreteness matters
B-DNA的过度拉伸目前被理解为力诱导的熔化。根据拉伸实验的几何形状，过度拉伸转变的力阈值约为65或110 pN。虽然Rouzina和Bloomfield \cite{RouzinaBloomfield2001a}已经正确地描述了力诱导熔化的机制，但两种力阈值都没有通过理论精确计算。在这项工作中，提出了一个详细的分析力-延伸曲线的基础上，描述的单链DNA的离散Kratky-Porod模型，符合（i）预期的轮廓长度从晶体学确定的单体距离，和（ii）高值的弹性拉伸模量所产生的共价键合。ss-DNA持久长度的估计值$λ= 1.0 $ nm处于目前已知估计值的低端，并反映了部分或完全拉伸状态的固有刚度，其中静电排斥效应预计最小。单链和双链DNA自由能的详细分析提供了过度拉伸力阈值的估计。在无约束几何结构中，预测阈值为64 pN。在约束的几何形状中，在允许熔融态的plectonemic拓扑的熵罚之后，预测的阈值为111 pN。
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DNA功能化树状大分子纳米粒子的结构
Structure of DNA-Functionalized Dendrimer Nanoparticles
通过原子分子动力学模拟揭示了以乙二胺（EDA）为核心的第3代（G3）和第4代（G4）质子化聚酰胺胺（PAMAM）树枝状聚合物的特征，这些树枝状聚合物被单链DNA（ssDNA）官能化。观察到通过烷基硫醇盐[-S（CH 2）6-]连接分子连接到PAMAM树枝状聚合物表面上的游离胺基团的四条ssDNA链在25 ns长的模拟期间经历快速的构象变化。从ssDNA的RMSD值，我们发现在富含嘌呤的ssDNA链的情况下比富含嘧啶的ssDNA链相对稳定。发现树枝状聚合物分子上ssDNA链的包裹程度受DNA和树枝状聚合物的电荷比的影响。由于G4树枝状聚合物比G3树枝状聚合物含有相对更多的正电荷，我们观察到ssDNA在G4树枝状聚合物上的广泛包裹。观察到ssDNA链与接头一起穿透树枝状聚合物分子的表面并更接近树枝状聚合物的中心，表明树枝状聚合物分子的软球性质。发现DNA功能化的树枝状聚合物纳米颗粒的有效半径与ssDNA的基本组成无关，并且当我们分别使用G3和G4 PAMAM树枝状聚合物作为纳米颗粒的核心时，观察到其为约19.5 μ m和22.4 μ m。所观察到的DNA官能化的树枝状聚合物分子的有效半径显然表明在树枝状聚合物、接头和DNA链中发生的结构的显著收缩。作为一个整体，我们的研究结果描述了DNA功能化的树枝状聚合物纳米粒子的特征，并可以作为强有力的输入，有效地设计的DNA-树枝状聚合物纳米粒子…
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单股~ DNA的糖折叠力诱导相变
Sugar-Pucker Force-Induced Transition in Single-Stranded~DNA
单链DNA（ssDNA）的弹性性质的准确知识是表征通过力谱方法研究的分子反应热力学的关键，其中DNA是机械展开的。实例范围从DNA杂交，DNA配体结合，DNA解旋由解旋酶，等。迄今为止，ssDNA弹性已经研究了不同的方法在不同的序列和轮廓长度的分子。已经报道了结果的分散，并且已经发现对于较短的ssDNA分子，持续长度的值更大。我们进行了拉实验与光镊的弹性响应的ssDNA的长度超过三个数量级（60-14 k碱基）的特征。通过将力-延伸曲线（FEC）拟合到蠕虫样链模型，我们证实了上述趋势：相对于最长分子（14 kb），最短分子（60 b）的持久长度几乎加倍。我们表明，所观察到的趋势是由于不同的力制度适合长和短的分子，这转化为两个不同的弹性制度，在低和高的力量。我们解释了这种行为的力诱导的糖折叠构象转变（C3 '-endo C2'-endo）后拉ssDNA。
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气泡定位在力诱导DNA熔化中的作用
Role of bubble positioning in force induced melting of DNA
本研究通过布朗动力学模拟和高斯网络模型，发现DNA序列中气泡的定位影响力诱导熔化，高力下熔化始于拉伸约9个GC碱基对，且自由链熵起关键作用。
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DNA Hybrid上的最大拔出力
Maximum pull out force on DNA hybrids
我们从理论上讨论了两个胶体粒子之间的力F，每个胶体粒子携带一个单链DNA。两条链仅在连续碱基对的有限序列上互补。我们定义了一个调整长度（几个碱基对）：在配对区域两端附近的调整区域中，张力仍然主要集中在一条单链上。但在中心部分，两个主干的负荷是相等的。这导致断裂力随长度线性增加，并且在大长度时饱和。
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夹紧DNA plectoneme所需的能量
Energy required to pinch a DNA plectoneme
DNA超螺旋在生物学上起着重要的作用。其在超分子水平上的结果之一是形成称为plectonemes的DNA超螺旋。通常间隔10 nm的距离，如果涉及遗传调节的蛋白质或蛋白质复合物要同时与两条链结合，则必须使DNA plectoneme的两条相对双链更接近，就好像plectoneme被局部挤压一样。我们提出了一个分析计算的充满活力的障碍，弹性的性质，需要使两个位点位于相反的双股更接近。我们研究了这种能量屏障如何与DNA超螺旋成比例。对于物理相关的弹性参数和超螺旋密度的值，我们表明，在生理条件下的能量势垒是在$k_{\rm B} T$范围内，从而表明，限制步骤的轨迹遇到更可能是前面plectoneme滑动带来的两个位点并排。
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喷射沉积单链DNA在金表面的构象及力学响应
Conformation And Mechanical Response of Spray Deposited Single Strand DNA on Gold
吸附在表面的DNA链的单分子力谱是一种在空气或液体环境中用于量化其机械性能的强大技术。尽管到目前为止，力响应仅限于展开事件，但单碱基检测在更剧烈的清洁条件下（例如超高真空）可能是可能的。在这里，我们报告的高分辨率成像和拉尝试在低温（5K）的单链DNA（ssDNA）分子组成的20个胞嘧啶碱基吸附在Au（111）的扫描探针显微镜和数值计算。利用电喷雾沉积技术，ssDNA成功地从溶液转移到保持在超高真空的表面上。实空间表征表明，ssDNA在金上具有与数值计算一致的无定形结构。随后的衬底退火促进溶剂分子、作为单个分子的DNA的解吸以及DNA自组装的形成。此外，已经进行了通过力谱的拉伸实验以测量ssDNA在分离时的机械响应。在力曲线中观察到0.2至0.3nm的周期图案，该图案由单核苷酸碱基在金上的粘滑引起。虽然在力曲线中获得了分子内响应，但由于吸附在金上的ssDNA的复杂结构，不可能清楚区分每个核苷酸的分离。
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静电诱导的层状DNA-脂质复合物的起伏
Electrostatically induced undulations of lamellar DNA-lipid complexes
我们认为DNA阳离子脂质复合物，形成层状堆叠的脂质双层与平行的DNA链插入之间。我们计算了静电诱导的脂双层的弹性形变。据发现，膜波动的周期性，这是由DNA轴间距离。因此，层状重复距离改变，导致层状堆叠的膨胀或压缩。这种起伏可能是负责在不同层的DNA链之间的膜间耦合，因为它是实验观察。
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四分子和分子内G4-DNA的比较静电力显微镜
Comparative Electrostatic Force Microscopy of Tetra- and Intra-Molecular G4-DNA
两种形式的G4-DNA，与平行和成对的反平行链，使用原子力显微镜进行了研究。链的方向性影响分子的结构特性（不同的高度和长度）及其电极化。平行G4-DNA的极化率是反平行G4-DNA的两倍，这表明它是一种更好的生物纳米电子学电线。
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基于动态模拟的双链DNA的局部压缩特性
Local compression properties of double-stranded DNA based on a dynamic simulation
DNA的局部力学性质被认为在其生物功能和基于DNA的纳米机械器件中起着重要作用。利用一个简单的球形针尖压缩系统，通过改变针尖尺寸，系统地研究了DNA的局部径向力学性质。对直径为16 nm的球形针尖的压缩模拟结果与实验结果吻合较好。随着针尖直径的减小，外载荷作用下的径向压缩弹性性能变得敏感的针尖的大小和当地的DNA构象。当球径小于或等于12 nm时，压缩力曲线出现一个突然的力突变。氢键和碱基堆积相互作用的分析表明存在局部解旋过程。在局部解旋过程中，首先互补碱基对之间的氢键断裂。随着压缩聚集，压缩中心的局部骨架从双螺旋构象解绕成一种平行构象。这种由外载荷引起的局部解旋行为有助于理解生物学过程，对基于DNA的纳米机械器件具有重要意义。
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介观尺度下的DNA信标模型
Modeling DNA beacons at the mesoscopic scale
我们报告模型计算DNA单链描述的平衡动力学和动力学的发夹形成和熔化。建模是在单基地的水平。链刚性描述在简单的聚合物模型;替代计算使用自由旋转链和离散Kratky-Porod模型进行报告。根据Peyrard-Bishop-Dauxois哈密顿量对茎形成进行建模。在一个有效的自由能景观的扩散控制的运动方面的动力学的开放和关闭。解链曲线，解链温度对环长度的依赖性，以及动力学时间尺度与从形成聚（T）环的荧光DNA信标获得的实验数据半定量一致。链刚性的变化不足以解释闭合的大活化焓和在形成聚（A）环的发夹中观察到的强环长度依赖性。单链DNA或RNA建模的影响进行了讨论。
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DNA中的偶极弛豫损耗
Dipole relaxation losses in DNA
研究了毫米波范围内DNA的电动力学响应。通过在宽范围的湿度条件下进行测量，并比较单链DNA和双链DNA的响应，我们表明，DNA的可观的AC电导率不是由于光子激活的本地化状态之间的跳跃，而是由于周围的水螺旋偶极子运动的耗散。这样的结果，其中的导电性是由于过阻尼偶极子的约束运动，调和消失的DNA的DC导电性与相当大的AC响应。
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基于盐浓度的DNA微分稳定性
Differential stability of DNA based on salt concentration
细胞内正离子中和DNA链磷酸盐上的负电荷，赋予将互补链连接成双螺旋的氢键更大的强度，从而赋予增强的稳定性。超过一定的盐浓度值，DNA分子显示出不稳定的性质{ \it in vivo}以及{ \it in vitro}。我们考虑了广泛的盐浓度和研究的稳定性的DNA双螺旋使用的统计模型。通过数值计算，我们试图解释DNA分子在这个范围内表现出的不同行为。我们比较我们的结果与实验数据，并找到一个密切的协议。
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半不连续DNA复制的理论
Theory of Semi-discontinuous DNA Replication
Vellore Institute of Technology（维勒沃理工学院）
本文通过建立纳入滞后链聚合酶随机动力学的理论框架，计算冈崎片段与间隙的尺寸分布，并结合T4噬菌体实验数据，揭示了聚合酶与已合成冈崎片段的碰撞是触发其解离并塑造半不连续DNA复制特征的关键机制。
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