High-energy deformation of filaments with internal structure and localized torque-induced melting of DNA
我们开发了一个连续弹性的方法来检查弯曲力学的半柔性长丝与当地的内部自由度，耦合到弯曲模量。我们应用该模型研究了双链DNA寡聚体（短于其热持久长度）的非线性力学，该寡聚体的自由端由单链DNA链连接。Qu等人[Europhys.信件：$\bf{94}$，18003，2011]，显示出与在施加的扭矩下双链DNA的局部熔融相关的非线性应变软化，并用作研究在大能量变形下DNA的非线性弹性的模型系统。我们表明，可以定量地解释所观察到的弯曲力学使用增强蠕虫状链模型，螺旋线圈蠕虫状链。我们还预测，高度弯曲和部分熔融的双链DNA应该表现出特别大的端到端的波动与熔融区域的长度的波动，并提出适当的实验测试。我们认为，这里讨论的增广蠕虫状链模型是一个有用的分析方法的DNA或其他生物聚合物系统的非线性力学。
2013-02-10 cond-mat.soft
Comment on "A generalized Langevin formalism of complete DNA melting transition"
我们表明，计算的DNA变性曲线有限（Peyrard-Bishop-Dauxois（PBD）链本质上是不确定的。
2009-02-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
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。
2008-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Force induced melting of the constrained DNA
我们建立了一个简单的模型来研究外加力对双链DNA（dsDNA）解链的影响。利用这个模型，我们可以研究双链DNA的拉伸、解链、断裂和类滑移转变。我们表明，在没有施加的力，dsDNA的熔解温度和熔解曲线强烈依赖于对dsDNA的末端施加的约束。剪切型相变的相边界的性质与DNA解压缩的相边界的性质明显不同
2009-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Melting a stretched DNA
我们通过三维蒙特卡罗模拟、精确可解模型和启发式论证研究了拉伸力作用下双链DNA的解链。所得的力-温度相图是显着不同的情况下，力施加到只有一个股或两个。对单链和双链DNA单体大小的不同假设导致了相反的结论，即DNA是否会在过度拉伸时融化。
2008-07-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Melting process of twisted DNA in a thermal bath
我们研究了嵌入在朗之万涨落耗散热浴中的DNA序列的熔化转变。通过沿分子主链堆叠的相邻碱基对之间的扭转角$φ$来考虑扭转效应。我们的模拟结果表明，扭转角的增加线性平移的熔化温度与一个正的斜率。在所谓的平衡角$φ_\mathrm{eq}$之后，DNA链变得非常刚性而不能打开，因此需要非常高的温度来引发解链过程。然而，在这种情况下，DNA的生物功能性在之前被破坏，因此在我们的模型中观察到的熔化过程变得与生物学无关。我们相信，这一调查的结果将更深入地了解DNA的扭曲和熔融转变之间的相互作用，为精确控制DNA的行为。
2021-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Kinetics of the Melting Transition in DNA
我们调查的DNA熔融转变的动力学使用修改后的版本的Peyrard-Dauxois-主教和波兰Scheraga模型，包括长和短距离的相互作用。利用布朗动力学和蒙特卡罗模拟，我们观察到的亚稳态之前的核和证明的轮廓和增长模式的临界液滴可以有经典和旋节特性取决于相互作用的范围和温度淬火深度。
2006-10-17 cond-mat.other cond-mat.soft
Comprehensive view of microscopic interactions between DNA-coated colloids
DNA包覆的胶体自组装成高度有序的结构为先进的光学材料提供了巨大的希望。然而，由于缺乏对DNA介导的胶体相互作用的微观理解，阻碍了对无序、缺陷、熔化和晶体生长的控制。在这里，我们使用全内反射显微镜原位测量DNA涂层胶体之间的相互作用潜力与纳米分辨率和宏观熔融行为。测量相互作用的范围和强度，并将其与关键材料设计参数相关联，包括DNA序列、聚合物长度、接枝密度和互补分数。我们提出了一个第一性原理模型，定量再现我们的实验数据，而无需在广泛的DNA配体设计的拟合参数。我们的理论确定了DNA结合和空间排斥之间的微妙竞争，并准确地预测在分子水平上的粘附和熔化。结合实验和理论结果，我们的工作提供了一个定量和预测的方法来指导材料设计与DNA纳米技术，并可以进一步扩展到各种胶体和生物系统。
2021-11-11 cond-mat.soft
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。
2014-01-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
DNA melting: intra base-pair dynamics and a vector generalization of the Peyrard-Bishop-Dauxois model
National Hellenic Research Foundation（希腊国家研究基金会）；Universität Konstanz（康斯坦茨大学）
本文提出一个原子级
2026-04-26 cond-mat.soft physics.bio-ph
An intermediate phase in DNA melting
我们预测了一种新的温度驱动的DNA的熔化转变以下的相变。当两条链的长度不同时，重复序列会出现额外的中间阶段。在这个阶段，较长链的多余碱基被完全吸收为螺旋区域内的凸起环。当温度降低时，过量的碱基脱附到悬垂端，导致轮廓长度变化。这种连续跃迁在许多方面类似于玻色爱因斯坦凝聚。弱序无序使相变不连续。
2005-09-14 cond-mat.soft q-bio.BM
How nanochannel confinement affects the DNA melting transition within the Poland-Scheraga model
当双链DNA分子被加热或暴露于变性剂时，两条链就会分离。该过程的统计物理学有着悠久的历史，通常用波兰-谢拉加（PS）模型来描述。这个模型的关键是熔化区域的构型熵（与相同大小的完整区域的熵相比），由环因子量化。在这项研究中，我们调查如何限制影响的DNA熔融转变，通过使用一个理想的高斯链的环因子。通过对PS模型的数值求解，我们证明了单链和双链DNA的解链温度依赖于DNA的持续长度。对于现实的持久性长度的值的熔化温度预计将随着通道直径的减小而减小。我们还表明，限制扩大熔化过渡。这些一般调查结果适用于调查的三种情况：即1。同源DNA，即沿着DNA分子的相同碱基对; 2.随机序列DNA，和3.“真正的”DNA，这里是T4噬菌体DNA。我们表明，情况2和3一般会产生更广泛的过渡比情况1。如果随机序列DNA具有相同的AT与GC碱基对比率，则情况3表现出与情况2相似的相变。提供了一个简单的分析估计的熔化温度的变化作为纳米通道直径的函数。对于同源DNA，我们还提出了一个分析预测的熔化概率作为温度的函数。
2015-05-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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。
2025-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A model for melting of confined DNA
当DNA分子被加热时，它们会变性。这发生在局部，因此形成熔化的单链DNA环，由完整的双链DNA片段连接。这种“熔化”转变的性质已经被深入研究。最近，由于实验确定了局限于纳米通道中的部分结合DNA的性质，对这个问题的兴趣激增。但是这种限制是如何影响熔化转变的呢？为了回答这个问题，我们介绍，并解决了一个模型预测如何限制影响熔化过渡的一个简单的模型系统，首先无视自我回避的效果。我们发现，过渡更平滑的窄通道。通过蒙特卡罗模拟，我们然后表明，一个模型，将自我回避定性显示相同的行为，禁闭的效果是强于在理想情况下。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DNA hairpins primarily promote duplex melting rather than inhibiting hybridization
二级结构对DNA双链体形成的影响知之甚少。我们使用DNA的粗粒度模型表明，特定的3个和4个碱基对发夹结构分别将杂交率降低了2倍和10倍，与实验完全一致。相比之下，熔化速率加快了约100和约2000倍。这种令人惊讶的大加速发生，因为发夹形成在熔化过程中，稳定部分熔化状态，并促进解离。这些结果可能有助于指导DNA装置的设计，使用发夹来调节杂交和解离途径和速率。
2014-08-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Melting transition in lipid vesicles functionalised by mobile DNA linkers
我们研究相行为的脂质-双层囊泡功能化的配体-受体复合物的合成DNA通过引入一个建模框架和一个专门的实验平台。特别是，我们进行蒙特卡罗模拟，结合了粗粒度的描述的脂质双层与国家的最先进的多价配体-受体相互作用的分析模型。使用状态密度计算，我们推导出的配分函数在对囊泡和计算作为温度的函数的配体-受体键的数量。数值计算结果进行比较，显微镜和荧光实验上的大单层囊泡装饰的DNA接头进行互补的突出端。我们发现，囊泡聚集抑制时，接头的总数低于阈值。在这里提出的模型中，这是由于形成囊泡间桥所需的更高的配置成本相比，囊泡内循环，这反过来又与膜的变形能力。我们的研究结果和我们的数值/实验方法适用于作为功能材料和药物递送应用的脂质体的合理设计，以及研究活系统中的膜间相互作用，如细胞粘附。
2016-08-20 cond-mat.soft
The Boltzmann factor, DNA melting, and Brownian ratchets: Topics in an introductory physics sequence for biology and premedical students
提出了三个与生物学相关的有偏随机游走的例子：（1）一个DNA解链模型，模拟为DNA解链，它提供了一种方法来说明玻尔兹曼因子在生物学和医学预科学生熟知的场所中的作用;（2）解旋酶马达蛋白在解链双链DNA中的活性，例如，在复制叉处，这是布朗棘轮的一个例子;（3）由肌动蛋白聚合产生的力，这是另一种布朗棘轮，并且确定了肌动蛋白聚合速度的力和肌动蛋白浓度依赖性。
2011-05-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A predictive model for the thermomechanical overstretching transition of double stranded DNA
通过扩展经典的Peyrard-Bishop模型，我们能够得到一个完整的解析描述的DNA拉伸下的机械阻力在可变值的温度，碱基对的数量和链内和链间的债券刚度。为了比较弹性和温度的影响，我们首先分析系统在零温度的机械极限，重要的是要描述几个实验效果，包括可能的滞后。然后，我们分析了平衡统计力学的框架中的温度效应。特别是，我们得到了一个解析表达式的温度依赖性的熔融力和unzipping指定的位移在结晶极限，也取决于内与分子间键的相对稳定性。这一结果与纯力学模型在零温极限下的结果以及用经典传递积分法得到的变性温度相一致。基于我们的分析结果，得到了相图和协同性参数的显式分析，其中也可以考虑离散效应。所得结果成功地应用于再现DNA的热机械实验熔融和DNA发夹的响应。由于其通用性，所提出的方法可以扩展到其他热机械诱导的分子熔化现象。
2022-07-19 cond-mat.soft
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。
2002-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Dynamical Scaling and Phase Coexistence in Topologically-Constrained DNA Melting
有一个长期的实验观察，拓扑约束的DNA，如环状封闭质粒的解链，是不那么突然比线性分子。这一发现指出了拓扑学在DNA变性物理学中的有趣作用，然而这一点却知之甚少。在这里，我们揭示了这个问题相结合的大规模布朗动力学模拟与解析可解的现象学朗道平均场论。我们发现，熔融和超螺旋之间的竞争导致在单分子水平上的变性相和完整相共存。这种共存发生在很宽的温度范围内，从而解释了转变的加宽。最后，我们的模拟显示了一个有趣的拓扑结构依赖的标度律管理的超螺旋质粒中的变性气泡的增长，这可以理解内提出的平均场论。
2017-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Influence of Media Disorder on DNA Melting: A Monte Carlo Study
本研究利用蒙特卡罗模拟探讨了大气无序对晶格DNA熔化的影响，发现无序程度在弱和强两个区域内分别对熔化温度和气泡统计产生不同程度的非线性影响。
2025-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rigidity of Melting DNA
研究了在拉伸力和解压缩力存在下DNA柔性的温度依赖性。考虑两类模型。在一种情况下，弹性的起源是熵，由于聚合物的相关性，而在另一种情况下，双链DNA被认为具有弯曲的固有刚性。在这两种情况下，单链都是完全柔性的。由于热产生的气泡的弹性常数的变化的灵活的情况下，准确地获得。对于内禀刚性的情况下，弹性常数被发现是成正比的气泡数波动的平方根。
2016-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Kinetic Pathways of the DNA Melting Transition
我们调查的DNA熔化过渡的动力学途径，使用可变范围版本的波兰-Scheraga（PS）和Peyrard-Dauxois-Bishop（PDB）模型的DNA。在PS模型中，我们构造了φ ^4-场论来计算临界液滴轮廓、初始生长模式和表征旋节线附近磁化率发散的指数。在PDB模型中，我们使用平均场分析来计算磁化率指数。我们比较这些理论结果与Monte Carlo和布朗动力学模拟PS和PDB模型，分别。我们发现，通过增加相互作用的范围，系统可以被带到接近pseudosinodal，并且在这个区域中的成核液滴是扩散的，与经典成核理论预测的紧凑液滴相反。
2013-03-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Nanomechanical resonance captures pre-melting transition in DNA unravelling
双链DNA通过中间变性的气泡片段热解开。内在地，波动在气泡边界处从与环境的非平衡（NE）能量交换而发生。然而，这样的细节变得模糊的大种群动力学在宏观尺度上，关联平衡路径的解开景观。在这项工作中，我们捕获的微流体悬臂与皮升样品的波动能量学的证据。我们利用纳米机械共振测量NE能量交换通过耗散，揭示了一个关键的预熔化转变在T~ 42 C。这意味着解开可能通过中间的气泡构象释放能量进行，足以解开气泡末端，帮助进一步解开。波动定理解释了观测结果，为研究其他生物现象中的波动动力学开辟了进一步的途径，这些生物现象也通过类似的NE能量学进行。
2018-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamics of DNA-breathing: Weak noise analysis, finite time singularity, and mapping onto the quantum Coulomb problem
本文在Poland-Scheraga模型的基础上研究了双链DNA中变性泡的动力学。我们表明，长时间分布的DNA气泡的生存和大小的自相关函数可以从一个渐进的弱噪声的方法。特别是，低于熔化温度的气泡闭合对应于一个嘈杂的有限时间奇点。我们证明了相应的Fokker-Planck方程等价于一个量子库仑问题。低于熔化温度的气泡寿命与连续的散射状态的排斥库仑势;在熔化温度下的库仑势消失和底层的第一出口动力学表现出长时间的幂律尾;熔化温度以上，对应于一个有吸引力的库仑势，长时间的动力学控制的最低束缚态。相关性和有限尺寸效应进行了讨论。
2007-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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。
2019-02-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Role of loop entropy in the force induced melting of DNA hairpin
在恒力系综中研究了单链DNA的动力学行为，它可以形成发夹结构。利用Langevin动力学模拟，我们得到了力-温度图，这与基于晶格模型的理论预测不同。对茎的极端碱基的概率分析表明，在高温下，发夹到卷曲的转变是熵主导的，并且环在其打开中起重要作用。然而，在低温下，转变是力驱动的，发夹从茎侧打开。结果表明，弹性能起着至关重要的作用，在高的力。结果表明，相图与理论预测有很大差异。
2011-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Nonequilibrium Work Fluctuations in Force-induced Melting of a Short B-DNA
本研究通过对12碱基对B-DNA进行恒速拉伸实验测量非平衡功，并利用Jarzynski等式准确计算出DNA平衡态与力诱导熔解态之间的自由能差。
2025-08-10 cond-mat.soft physics.bio-ph
Local Cooperativity Mechanism in the DNA Melting Transition
提出了一个新的DNA解链转变的统计力学模型。碱基配对和堆叠被视为单独的自由度，配对和堆叠之间的相互作用是由一组本地规则，模仿在真实分子的几何约束。这种微观机制内在地解释了与气泡成核的自由能惩罚相关的协同性。该模型描述了光谱测定的实验熔化曲线的未配对和未堆叠部分。此外，该模型解释了所观察到的最近邻（NN）型模型中使用的有效热力学参数的温度依赖性。我们计算的配分函数的模型通过传递矩阵的形式主义，我们也推广到包括非局部链熵项。这一部分介绍了一个新的参数化的Yeramian样的转移矩阵方法的波兰-Scheraga描述的DNA熔解。该模型在齐次热力学极限下是精确可解的，并且我们计算了所有的可观测量而不使用大配分函数。众所周知，这类模型在完全链分离的温度下具有一阶或连续的相变，这取决于气泡熵的指数值。
2005-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The self-assembly of DNA Holliday junctions studied with a minimal model
在本文中，我们探讨了使用粗粒度模型来模拟DNA纳米结构的自组装的可行性。我们介绍了一个简单的DNA模型，其中每个核苷酸是由两个相互作用位点对应的磷酸-糖骨架和基地。利用这个模型，我们能够模拟DNA双链体和霍利迪连接从单链DNA的自组装。我们发现，组装是最成功的温度窗口低于熔化温度的目标结构和以上的熔融温度的错键聚集体。此外，在霍利迪交界处的情况下，我们展示了如何一个层次的组装机制，降低了被困在错键配置的可能性。该模型还能够准确地再现不同结构的相对解链温度，并允许发生链置换。
2008-12-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Phase diagram of mechanically stretched DNA: The salt effect
在含有DNA的溶液中以盐形式存在的阳离子在DNA的两条链的打开中起着至关重要的作用。我们使用一个简单的非线性模型，并调查这些阳离子的作用，对DNA的机械解链。对哈密顿量进行了修正，以考虑溶剂效应和溶液中存在的阳离子。我们计算解链温度以及解链DNA分子所需的临界力，作为溶液盐浓度的函数。相图被发现是在密切的协议与实验相图。
2014-09-05 cond-mat.soft
Effects of mechanical strain on thermal denaturation of DNA
当暴露于高温时，由于链上的DNA片段变性，多余的连接数被分子的未变性部分吸收。由于未变性部分的过度卷绕而产生的机械能原则上可以改变热变性过程的性质。假设与这种过度缠绕相关的应变没有得到缓解，我们发现，一个简单的模型应变改变熔化导致抑制的熔化过渡时，不变的过渡是连续的。当熔化转变是第一级时，在没有与过卷绕相关的应变的情况下，修改是第三级相变。
2001-05-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Adsorption of melting deoxyribonucleic acid
该研究用晶格自回避行走模型和PERM算法，考察不可穿透吸引表面上双链DNA的熔融与吸附耦合转变，并揭示表面作用计数对相稳定性和相变级数的影响。
2023-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anisotropic shear melting and recrystallization of a two-dimensional complex (dusty) plasma
二维等离子体晶体被突然施加的局部剪切应力熔化。晶体中的一条颗粒被激光束的辐射压力推动。我们发现等离子体晶体对应力的响应和最终的剪切熔化强烈地依赖于晶体相对于激光束的角取向。测量剪切应力和应变速率，由此计算空间分辨剪切粘度。后者被证明在高速剪切的区域中具有最小值，从而证明剪切变稀。在稳态流动中观察到剪切诱导的重排，其中颗粒形成沿流动方向排列的串。
2013-01-28 cond-mat.soft
DNA Unzipping Transition
本综述回顾了双链DNA力诱导解链相变的研究，从DNA熔融历史、Ising模型到聚合物模型的理论演进，以及1999年提出的力诱导解链机制及其后续进展。
2025-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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。
2017-03-28 cond-mat.soft
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。
2007-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The probability analysis of opening of DNA
我们研究了双链DNA的分离，这是由温度或力驱动。通过监测整个碱基对沿链开放的概率，我们表明，开放的dsDNA不仅取决于序列，而且在实验设置链上的约束。我们的结果清楚地表明，力诱导的双链DNA的熔融，其一端是受约束的，是显着不同的热熔融，当两端自由。
2011-05-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Melting and unzipping of DNA
对DNA热变性的实验研究强烈表明，这种转变是一级的。自六十年代初以来，这种转变一直在理论上进行研究，主要是在一种方法中，DNA分子的微观构型由非相互作用的结合片段和变性环的交替序列给出。这些模型的研究忽略了排斥，自我回避，不同的环和片段之间的相互作用，总是产生连续的变性转变。在这项研究中，我们利用最近的结果的任意拓扑结构的聚合物网络的标度特性，以考虑到排除体积之间的相互作用变性的循环和其余的链。因此，我们得到一个一阶相变在d=2维及以上，与实验一致。我们还考虑在我们的方法中的解压缩转换，这发生在两个DNA链被拉开时，由外力作用在一端。我们发现解压缩转变也是一阶的。虽然变性和解压缩转换是一级的，但它们在某些性质上确实表现出临界波动。例如，环尺寸分布在过渡处代数地衰减，并且变性末端段的长度随着接近过渡而发散。我们在我们的方法中评估这些关键属性。
2001-08-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Efimov effect of triple-stranded DNA: Real-space renormalization group and Zeros of the partition function
利用实空间重整化群和精确递推关系研究了三链DNA的解链。一个不寻常的Efimov类似物三链结合状态，出现在临界熔化的双链DNA的预测，证实了由配分函数的零。已详细研究了各种情况下的零点的分布。我们表明，Efimov DNA可以发生，即使三链（即。例如，三单体）相互作用本质上是排斥的。在更高的维度中，在这个排斥区出现的一个惊人的结果是从临界状态到Efimov DNA的连续过渡。
2012-10-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech quant-ph
Sharp DNA denaturation in a helicoidal mesoscopic model
Peyrard-Bishop DNA模型描述了具有简单势的分子相互作用，其允许有效地计算解链温度。然而，它是基于不考虑螺旋扭曲或任何其他相关分子尺寸的哈密顿量。在这里，我们从一个更现实的3D模型，并制定出几个近似，以达到一个新的非线性一维哈密顿与扭曲角的依赖。我们的近似值进行了数值比较，全三维计算，并建立其有效性，在政权的小角度。对于长的DNA序列，我们得到尖锐的，一阶的熔化，过渡。
2020-05-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Sequence-dependent thermodynamics of a coarse-grained DNA model
我们引入了一个粗粒度DNA模型的序列依赖参数化[T。E. Ouldridge，A. A.路易斯和J.P.K. Doye，J.Chem.Phys.134，085101（2011）]，最初设计用于再现具有平均序列的DNA分子的性质。新的参数化引入了序列依赖性堆叠和碱基配对的相互作用强度，选择重现短双链体的解链温度。通过开发直方图重新加权技术，我们能够将我们的参数拟合到数千个序列的解链温度。为了证明该模型的灵活性，我们研究了序列对以下各项的影响：（a）单链的非均质堆叠转变，（b）双链体在其熔点磨损的倾向，（c）堆叠强度的影响环中发夹的熔化温度，（d）单链的力延伸性质和（e）接吻环复合物的结构。在可能的情况下，我们比较我们的结果与实验数据，并找到一个很好的协议。一个名为oxDNA的模拟代码，实现了我们的模型，可以作为免费软件使用。
2012-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Transport of Torsional Stress in DNA
众所周知，转录可以诱导DNA中的扭转应力，影响附近基因的活性，甚至诱导DNA双链体中的结构转变。长期以来，人们一直认为，产生显著的扭转应力需要DNA被锚定，形成有限的拓扑结构域，因为否则它将几乎自由地绕着它的轴旋转。然而，以前对旋转阻力的估计忽略了螺旋骨架中小的自然弯曲的作用。我们展示了这些弯曲如何使阻力增加数千倍，即使在线性的，未锚定的DNA中也允许显着的扭转应力。该模型有助于解释一些令人困惑的实验结果的DNA转录诱导的结构转变。
1999-11-05 cond-mat.soft q-bio.BM
Deviatoric Stress Driven Transient Melting Below the Glass Transition Temperature in Shocked Polymers
聚合物在其玻璃化转变温度附近和以下的松弛由一系列具有宽范围时间尺度的相关单元过程控制。冲击载荷的快速变形速率可以抵消这些过程中的一个重要部分，导致在橡胶的动态玻璃化转变。在这封信中，我们报告了相反的情况，即玻璃态聚合物在冲击载荷下的瞬时熔化。冲击波阵面附近的大的偏应力诱导快速过渡的骨干二面角和聚合物熔体的应力松弛特性。这是其次是较慢的松弛预期的眼镜。
2022-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Synergistic interactions between DNA and actin trigger emergent viscoelastic behavior
柔性和刚性聚合物的复合材料在生物学和工业中无处不在，但决定其机械性能的物理原理还远未被理解。在这里，我们耦合力谱与大规模的布朗动力学模拟，以阐明独特的粘弹性定制工程的纠缠的柔性DNA分子和半柔性肌动蛋白丝的混合物。我们发现，复合材料表现出增强的应力硬化和延长的机械记忆系统相比，单独的肌动蛋白或DNA，这些非线性特征显示出令人惊讶的非单调依赖的复合材料中的肌动蛋白的分数。模拟结果表明，这些违反直觉的结果来自两种生物聚合物之间的协同微观相互作用。也就是说，DNA熵驱动肌动蛋白丝形成束，这些束包围网络但降低缠结密度，而包围肌动蛋白网络需要加强DNA网络以抵抗屈服和流动。捆绑和渗流之间的竞争引发了一个意想不到的应力响应，导致同等质量的肌动蛋白-DNA复合材料表现出最明显的应力硬化和最长寿的缠结。
2018-11-23 cond-mat.soft
Thermomechanics of DNA
在热平衡时均质DNA的热机械行为的理论预测了在扭矩和拉伸下变性的临界温度、稳定的B-DNA的相图、超螺旋、最佳稳定扭矩和作为力诱导的DNA熔化的过度拉伸转变。与可用的单分子操作实验的协议是优秀的。
2011-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The torque transfer coefficient in DNA under torsional stress
近年来，由于纳米技术使单分子的拉伸和扭曲成为可能，在理解超螺旋DNA的性质方面取得了重大进展。这些实验的定量解释需要对操纵DNA内部的扭矩有准确的了解。本文认为，不可能将外扭矩的全部大小转换为双螺旋线的扭转应力，而应始终假定扭矩传递系数减小（TTC<1）。这一论断符合简单的物理直觉，并得到了全原子分子动力学（MD）模拟结果的支持。根据MD，在接近最佳的条件下观察到约0.8的TTC。达到更高的值需要特别的努力，在实践中应该是困难的。TTC可以部分地负责由不同方法测量的DNA的扭转刚度之间的持续差异。
2012-07-09 cond-mat.soft q-bio.BM
DNA unzipping phase diagram calculated via replica theory
我们展示了如何单分子解压缩实验可以提供强有力的证据，零力熔化过渡的长分子的天然dsDNA应被归类为一个相变的高阶类型（连续）。我们研究了双链DNA长分子的模型，并计算了该分子在力的作用下被拉开的实验的平衡相图。考虑了一个完全匹配的dsDNA模型，其中的环是具有任意环指数c的体积排斥链。我们包括堆叠相互作用，氢键和主链熵，包括随机序列水平上的序列异质性。我们用复型方法计算了系统的平衡性质。作为温度的函数，我们得到了分子完全分离时的最小力。这个临界力曲线是温度-力相图中的一条线，它标记了分子主要以螺旋形式存在的区域，而分子以两条独立链存在的区域。接近熔化，我们的随机序列模型的临界力曲线是非常不同的，从我们的模型的均匀版本。对于这两个序列模型，临界力下降到零的熔化温度与幂律具有指数α。对于齐次模型，α几乎精确地为1/2，而对于随机模型，α约为0.9。临界力的形状决定了螺旋分数如何在熔融时降至零，因此将熔融转变归类为一种类型的相变。
2007-03-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
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。
2012-12-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech quant-ph
Effects of Eye-phase in DNA unzipping
研究了在链的内部施加力时，DNA解链过程中出现的“眼相”及其作用。这里介绍的氢键的方向性显示了力-延伸曲线的振荡，类似于在蛋白质解折叠实验中看到的“锯齿”振荡。中间体（发夹）和堆积能量的熔化配置文件的影响也进行了讨论。
2007-04-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Denaturation transition of stretched DNA
我们推广的波兰-Scheraga模型考虑DNA变性存在的外部拉伸力。我们证明了力诱导的DNA变性转变的存在，并获得了温度-力相图。该跃迁由循环指数$c$确定，我们为该循环指数找到新值$c=4ν-1/2$，使得跃迁是二阶的，其中$c=1.85<2$在$d=3$中。我们表明，一个有限的拉伸力$F$不稳定的DNA，对应于一个较低的熔化温度$T(F)$，在协议与单分子DNA拉伸实验。
2008-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Effects of the size and concentration of depleting agents on the stabilization of the double-helix structure and DNA condensation: a single molecule force spectroscopy study
本研究利用单分子力谱技术，揭示了耗竭剂的尺寸和浓度对DNA凝聚及双螺旋结构稳定化的影响，发现DNA凝聚阈值浓度、熔融平台力值及平均长度均强烈依赖于耗竭剂尺寸，有助于理解拥挤细胞环境中大分子对DNA相关功能的作用。
2023-10-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Sequence-dependent Three Interaction Site (TIS) Model for Single and Double-stranded DNA
我们开发了一个强大的粗粒度模型为单链和双链DNA表示每个核苷酸的三个相互作用位点（TIS）位于质量中心的糖，磷酸盐和碱。由此产生的TIS模型包括碱基堆积，氢键，静电相互作用以及键拉伸和键角电位，占DNA的聚合物的性质。拉伸和弯曲电位的力常数的选择是由玻尔兹曼反演程序使用一个大的代表性的一组DNA结构提取的蛋白质数据库。使用学习程序计算堆叠相互作用中的一些参数，这确保了忠实地再现实验测量的二聚体的熔融温度。在没有任何进一步调整的情况下，基于TIS模型的计算再现了实验测量的单链DNA（ssDNA）的大小的盐和序列依赖性，以及聚（dA）和聚（dT）链的持久长度。有趣的是，在施加机械力时，聚（dA）的延伸表现出一个平台，我们追踪到堆叠的螺旋结构域的形成。与此相反，聚（dT）的力-延伸曲线（FEC）是熵的起源，并可以通过一个标准的聚合物模型来描述。我们还表明，双链DNA的持久长度与基于蠕虫状链的预测是一致的。的持久长度，随着盐浓度的增加而减少，是符合Odijk-Skolnick-Fixman理论，旨在为刚性链杆极限附近。在仅基于PDB结构和二聚体的解链曲线的初始构建之后不需要调整任何参数的应用范围证明了ssDNA和dsDNA的TIS模型的可转移性和稳健性。
2018-02-05 cond-mat.soft q-bio.BM
Heterogeneity and chaos in the Peyrard-Bishop-Dauxois DNA model
讨论了DNA的Peyrard-Bishop-Dauxois非线性模型的非均匀性对混沌性质的影响。最大李雅普诺夫指数和偏差矢量分布的结果。腺嘌呤-胸腺嘧啶（AT）和鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）碱基对的不同组合物的各种能量检查高达相应序列的熔点。我们还考虑了交替指数的影响，它通过不同类型（AT或GC）的碱基对之间的交替次数来衡量DNA链的异质性，对系统的混沌行为。生物基因启动子序列也进行了研究，显示没有明显的行为的最大李雅普诺夫指数。
2019-02-13 cond-mat.soft nlin.CD
