Mechanical conversion of low-affinity Integration Host Factor binding sites into high-affinity sites
尽管DNA在体内经常被弯曲，但DNA弯曲力如何调节DNA-蛋白质结合亲和力尚不清楚。在这里，我们报告了一系列的DNA弯曲力如何调节整合宿主因子（IHF）蛋白与各种DNA的结合。使用溶液荧光法和电泳迁移率变动分析法，我们测量了IHF对具有不同弯曲力和序列突变的DNA的亲和力。通过改变环形基底中双链DNA的分数或通过改变环的整体大小来调节弯曲力（1）。DNA构建体包含一对福斯特共振能量转移染料，用作亲和力测定的探针，并读出由光学力传感器测量的弯曲力（2）。小的弯曲力显著增加了结合亲和力;这种效应在超过~3 pN时饱和。令人惊讶的是，当仅弱结合IHF的DNA序列通过环化机械弯曲时，它们比线性“高亲和力”结合序列更紧密地结合IHF。这些发现表明，小的弯曲力可以极大地增强偏离蛋白质的共有结合序列的位点处的结合。由于细胞DNA易发生机械变形和缩合，因此使用短线性DNA在体外测定的结构蛋白的亲和力可能不能反映体内亲和力。
2009-04-13 q-bio.BM
Comments on "Length scale dependence of DNA mechanical properties"
最近的实验数据表明，在长尺度上工作良好的DNA弹性蠕虫状杆模型可能会在与生物学相关的短尺度上崩溃。根据Noy和Golestanian（Phys. Rev. Lett. 109，228101，2012）分子动力学（MD）模拟预测了接近实验数据的DNA刚性，并证实了这种断裂的一种情况，即对于几个螺旋圈的长度，DNA动力学表现出长程弯曲和拉伸相关性。早期使用类似力场的研究得出结论：（i）MD系统性地高估了DNA刚性，（ii）没有检测到与WLR模型的偏差。本文认为，上述论文中的数据分析是不正确的，早期的结论是有效的。
2013-09-18 q-bio.BM
Structural, mechanical and thermodynamic properties of a coarse-grained DNA model
我们详细探讨了DNA的粗粒度模型的结构，机械和热力学性质类似于托马斯E。Ouldridge，Ard A. Louis，Jonathan P.K. Doye，Phys. Rev. Lett. 104 178101（2010）。有效的相互作用被用来代表链连接，排除体积，碱基堆积和氢键，自然地再现了一系列的DNA行为。我们量化实验的热力学单链堆叠，双链杂交和发夹形成，以及结构特性，如单链和双链的持久性长度，和双螺旋的扭转和拉伸刚度的关系。我们还探讨了模型的代表性更复杂的图案，涉及悬空末端，凸出的基地和内部循环，堆叠和磨损的双重形成过渡的热力学的影响。
2010-09-22 q-bio.BM
DNA nano-mechanics: how proteins deform the double helix
从物体的静态形状和已知的弹性性质来推断物体上的外力和扭矩是机械工程中的一个标准练习。在这里，我们将这种分析应用于与蛋白质复合的扭曲双螺旋DNA。我们从高分辨率的复杂结构中提取作用在结合DNA的每个碱基对上的局部平均力和扭矩。我们的方法依赖于已知的弹性潜力和精心选择的坐标的良好建立的刚性碱基对模型的DNA。结果在参数和构象不确定性方面具有稳健性。它们揭示了蛋白质和DNA之间相互作用的复杂纳米机械模式。碱基对力和扭矩与观察到的DNA构象非平凡和非局部相关，为DNA-蛋白质结合提供了一个新的视角，补充了结构分析。
2008-12-17 q-bio.BM
Local elasticity of strained DNA studied by all-atom simulations
基因组DNA不断受到其生物学功能和细胞包装产生的各种机械应力。如果DNA的局部机械性质在扭转和拉伸应力下发生变化，则DNA修饰蛋白和转录因子的活性可以受到影响并被变构调节。为了检验这种可能性，在全原子分子动力学模拟过程中，适当的稳定的力和扭矩的DNA与AT-和GC-交替序列。发现拉伸刚度随着拉伸和扭转的增加而增加。扭转刚度不受拉伸的影响，但它随扭转变化非常强烈，并且对于两个序列不同。令人惊讶的是，对于AT-交替DNA，它通过一个最小值，平均扭曲接近溶液中的实验值。对于这个片段，而不是GC交替序列，弯曲刚度显着改变扭转和拉伸。这些结果具有重要的生物学意义，并揭示了早期的实验观察。
2011-07-15 q-bio.BM
Effects of kink and flexible hinge defects on mechanical responses of short double stranded DNA molecules
我们预测各种可检测的机械响应的存在下，局部DNA缺陷被定义为短的DNA片段表现出明显不同的机械性能从50 nm的持久长度为基础的半柔性聚合物模型。所讨论的缺陷是扭结和柔性铰链永久固定在DNA或热激发。它们对扩展移位、有效持续长度、端到端距离分布和环化概率的影响使用转移矩阵方法计算。我们的预测将是有用的，在未来的实验设计，研究DNA缺口或错配碱基对，特定的DNA序列的力学，和特定的DNA-蛋白质相互作用，使用磁镊子，荧光共振能量转移或等离子体共振技术，和传统的生物化学环化概率测量。
2008-03-07 q-bio.BM q-bio.QM
Thermal and mechanical properties of a DNA model with solvation barrier
本文在考虑溶剂相互作用的介观Peyrard-Bishop-Dauxois模型框架下研究了DNA变性的热力学行为。通过分析均匀A-T序列的熔化转变，我们可以设定合适的模型参数值，并研究系统中气泡的形成和稳定性。然后，我们专注于P5启动子序列的情况下，并使用主成分分析的轨迹提取的主要信息的动力学行为的系统。我们发现，这种分析方法给出了一个很好的协议与以前的生物学结果。
2010-09-08 physics.bio-ph q-bio.BM
Statistical-mechanical lattice models for protein-DNA binding in chromatin
蛋白质-DNA结合的统计力学晶格模型被很好地建立，作为描述用纯化的DNA和蛋白质组分在体外测量的复杂配体结合平衡的方法。最近，一个新的应用领域已经开辟了这种方法，因为它已经成为可能的实验量化基因组范围内的蛋白质占位的DNA序列。特别是，真核基因组由组蛋白组成称为染色质的核蛋白复合物已被认为是控制转录因子进入DNA序列的关键参数。必须开发新的方法来获得统计力学晶格描述染色质相关的蛋白质-DNA相互作用。在这里，我们提出了在染色质中组蛋白-DNA相互作用的晶格模型的理论框架，并研究了其他染色体蛋白和转录因子的（竞争性）DNA结合。这些结果对于基因表达调控的定量模型有许多应用。
2010-04-30 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.GN
Sensing viruses by mechanical tension of DNA in responsive hydrogels
严重病毒感染在全球范围内的快速传播，通常涉及病毒的新修饰，对我们的卫生保健系统构成了重大挑战。这意味着，能够有效和具体地诊断病毒的工具是非常必要的。为了在当地卫生保健中心广泛应用，这些工具应该相对便宜且易于使用。在这里，我们讨论的基础上诱导的机械应力在一束预拉伸的DNA分子结合病毒的DNA的基础上的宏观检测病毒的生物物理潜力。我们表明，DNA的亲和力，带电的病毒表面诱导的双螺旋成两个单链DNA的局部熔化。这个过程沿着DNA链产生机械应力，导致DNA的整体收缩。我们的研究结果表明，当这样的DNA束被纳入到一个支持矩阵，如响应水凝胶，病毒的存在确实可能会导致一个显着的，宏观的机械变形的矩阵。我们讨论了这种效应的生物物理基础，并表征了相关的DNA熔融转变的物理性质。特别是，我们揭示了系统的相关物理参数之间的几个标度关系。我们推广这种基于DNA的检测方法，用于高效和特异性的病毒筛查。
2013-10-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Nonlinear Mechanical Response of DNA due to Anisotropic Bending Elasticity
考虑到由双螺旋结构引起的弯曲刚度的各向异性，研究了短DNA片段对弯曲的响应。它示出的各向异性引入一个有效的非线性扭曲弯曲耦合，可以导致形成扭结和调制的曲率和/或扭曲，这取决于弹性常数和所施加的偏转角的值。调制的典型波长，或相邻扭结之间的距离被发现是由DNA间距的一半。
2002-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
Thermal and mechanical denaturation properties of a DNA model with three sites per nucleotide
在本文中，我们表明，粗粒模型的DNA，这已经提出了最近由Knotts，Rathore，Schwartz和de Pablo（J. Chem. Phys. 126，084901（2007）），可以适用于描述的热和机械变性的长DNA序列通过稍微调整的碱基配对的贡献。调整后的模型导致（i）临界温度与实验的和从统计模型中获得的一致性很好的长均匀序列，（ii）一个现实的阶梯状变性行为的长不均匀序列，和（iii）在环境温度下的临界力的顺序为10 pN，接近测量值。调整后的模型进一步支持的结论，即热变性的长均匀序列对应于一阶相变，并产生一个临界力等于σ =0.70的临界指数。这个模型在几何和能量上都是现实的，在这个意义上，大多数蛋白质结合的螺旋结构和凹槽都得到了令人满意的再现，而破坏碱基对所需的能量和力都在预期的范围内。因此，它代表了一个有前途的工具，研究动态的DNA-蛋白质特异性相互作用在一个前所未有的细节水平。
2011-08-26 physics.bio-ph q-bio.BM
Thermomechanical Stability and Mechanochemical Response of DNA: a Minimal Mesoscale Model
我们表明，一个介观模型，具有最少的参数，可以很好地描述均匀的DNA在张力和扭矩下的热平衡的热机械和机械化学行为。我们预测的临界温度下的扭矩和拉伸，相图稳定的DNA，探针/响应曲线下的机械负荷，dsDNA的密度作为拉伸和扭曲的函数的变性。我们将我们的预测与现有的单分子操纵实验进行比较，并找到了很好的一致性。特别是，我们阐明角度约束和无约束过度拉伸之间的区别。我们建议，平滑度的角度限制overstretching过渡是一个后果的分子是在附近的临界值的一个广泛的范围内施加的张力。
2014-10-18 q-bio.BM
Inferring DNA sequences from mechanical unzipping data: the large-bandwidth case
DNA分子的互补链在被力拉伸时可以分离;解链信号与序列的碱基含量相关，但受到热和仪器噪声的影响。我们认为在这里的理想情况下，开放的事件是已知的一个非常好的时间分辨率（非常大的带宽），并研究如何可以从解压缩数据重建的序列。我们的方法依赖于使用统计贝叶斯推断和维特比解码算法。性能进行了研究，数值模拟Monte Carlo生成的数据，并分析。我们展示了如何利用同一分子的多个解压缩来提高预测的质量，并分析计算所需解压缩的数量作为带宽，序列内容，解压缩链的弹性参数的函数。
2007-04-19 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Mechanical properties of DNA and DNA nanostructures: comparison of atomistic, martini and oxDNA
小DNA的柔性和刚性在从几个生物物理过程到纳米技术应用的范围内发挥着重要作用。在这里，我们估计的机械性能的短双链DNA（dsDNA）的长度范围从12个碱基对（bps）到56个碱基对，paranemic交叉（PX）的DNA，和六边形的DNA纳米管（DNT）使用两个广泛使用的粗颗粒模型$-$马提尼和oxDNA。为了计算dsDNA的持久长度（$L_p$）和拉伸模量（$γ$），我们采用蠕虫状链和弹性杆模型，而对于DNT，我们采用我们以前开发的理论框架.我们比较和对比所有的结果与以前报道的全原子分子动力学（MD）模拟和实验结果。dsDNA的力学性质（$L_p$ $\sim$ 50 nm，$γ\sim$ 800-1500 pN），PX DNA（$γ\sim$ 1600-2000 pN）和DNT（$L_p \sim 1-10\ μ$ m，$γ\sim$ 6000-8000 pN）与全原子分子量和实验值非常一致，而刚性弹性网络Martini再现较高数量级的$L_p$和$γ$值。在我们的计算中也描绘了小dsDNA的高柔性。然而，Martini模型被证明不足以捕捉盐浓度对机械性能的影响，随着盐摩尔浓度的增加。OxDNA捕获盐浓度对小dsDNA力学的影响。但它被发现是无效的再现盐依赖性的DNT的机械性能。此外，与Martini不同的是，从oxDNA模型的时间演化的PX DNA和DNT结构与全原子MD模拟…
2021-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Force steps during viral DNA packaging ?
生物物理学家和结构生物学家越来越认识到大分子的机械性质在许多生物过程中所起的关键作用。这种变化部分是由于单分子生物物理学技术的出现而引起的，这种技术使人们有可能对关键的大分子施加皮牛顿力，并观察它们在纳米长度尺度上的变形，以及观察大分子的机械作用，如分子马达。这为新一代的力学研究开辟了巨大的可能性，这些研究将对这种测量作出反应，试图在热效应和化学效应与确定性力处于同等地位的条件下，为大分子的力学行为建立一个连贯的理论。本文提出了一个应用程序的力学原理的DNA包装的问题，在细菌病毒的生命周期中的关键事件之一，特别是指在DNA包装过程中建立的内力的性质。
2003-09-22 q-bio.BM q-bio.SC
Structure and mechanical characterization of DNA i-motif nanowires by molecular dynamics simulation
利用分子动力学计算机模拟方法研究了DNA i基序纳米线的结构和力学性质。我们建立了长达230纳米的纳米线，基于重复的TC 5序列从晶体学数据，完全放松和平衡在水中。不寻常的堆叠的C*C+堆叠结构，形成由四个ssDNA链排列在一个插入的四聚体，在这里完全静态和动态的特点。通过应用拉伸，压缩和弯曲变形与转向分子动力学和伞形采样方法，我们提取的表观杨氏模量和弯曲模量的纳米线，以及估计的拉伸强度和持久长度。根据我们的研究结果，i基序纳米线与结构蛋白质有相似之处，就其拉伸刚度而言，但就其弯曲刚度而言，更接近核酸和柔性蛋白质。此外，由于其非常薄的截面，表观拉伸韧性接近金属。除了其尚未澄清的生物学意义，i-motif纳米线可能有资格作为有趣的候选人的纳米技术模板，由于这种出色的机械性能。
2013-07-01 physics.bio-ph q-bio.BM
DNA folding: structural and mechanical properties of the two-angle model for chromatin
我们提出了一个理论分析的30纳米染色质纤维的结构和机械性能。我们的研究是基于Woodcock等人（Woodcock，C. L.，S. A.格里戈里耶夫河A. Horowitz和N.惠特克1993. PNAS 90：9021-9025），其根据核小体DNA的进出角和相邻核小体相对于彼此的旋转设置来描述染色质纤维几何形状。我们分析探讨了不同的结构，从这个建设原则，并证明，具有最高密度的几何形状是接近一个在生理条件下发现在天然染色质纤维。在此基础上计算了纤维在拉伸过程中的力学性能。我们得到的应力-应变特性的表达式与最近的拉伸实验结果（Cui，Y.，和C.布斯塔曼特2000. PNAS 97：127-132）和计算机模拟（Katritch，V.，C. Bustamante和W. K.奥尔森2000. J. Mol. 295：29-40），并且其提供了对染色质的结构和弹性性质之间的相关性的简单物理见解。
2001-02-07 cond-mat.soft q-bio.BM
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
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。
2018-04-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
On the comparison of models and experiments in the study of DNA open states: the problem of degrees of freedom
The Laboratory of Quantum-Mechanical Systems, the Institute of Mathematical Problems of Biology, Russian Academy of Sciences – A Branch of the KIAM RAS（俄罗斯科学院生物数学问题研究所量子力学系统实验室）
本文探讨了DNA开放状态研究中模型与实验比较的自由度问题，指出模型与实验不匹配及阈值坐标错误会导致理论偏差，通过引入有效总阈值坐标来提高解释准确性。
2025-12-16 cond-mat.other q-bio.BM
Unfolding and unzipping of single-stranded DNA by stretching
我们提出了一个理论研究的单链DNA拉伸。在所提出的框架内，可以结合链弹性的任意基础模型来研究碱基配对对分子机械响应的影响。在一个通用的情况下，我们表明，ssDNA的拉伸曲线表现出两个不同的功能：二阶“展开”相变，和一个尖锐的交叉，让人想起一阶“unzipping”在dsDNA的过渡。我们应用该理论的蠕虫状链（WLC）和自由关节链（FJC）模型的特殊情况下，并讨论了普遍的和模型依赖的功能的ssDNA的机械响应。特别是，我们表明，解压缩交叉的宽度与相互作用强度的变化是非常敏感的能量的发夹环。这为测试ssDNA的弹性开辟了一条新途径。
2004-07-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Flexibility of short DNA helices under mechanical stretching
本文用哈密顿模型研究了DNA短片段的柔性，该模型在碱基对水平上考虑了链间和链内力。通过计算分子轴上相邻碱基对之间的平均弯曲角，得到了一组均匀螺旋对外力的弹性响应。系综平均进行了超过室温平衡分布的碱基对分离和弯曲波动。的端到端的距离和持久性长度的分析表明，即使是短序列小于$100$碱基对保持一个显着的bendability归因于热波动的影响和扭结与大的弯曲角度。离散模型和蠕虫状链模型的结果之间的差异进行检查，指出后者的不足之处短长度尺度。
2016-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Dynamical modelling of molecular constructions and setups for DNA unzipping
我们提出了一个DNA在力的作用下机械解链的动力学模型。该模型包括序列依赖性景观中叉的运动、作用于珠的陷阱和分子结构的聚合物组分（解链的DNA单链和接头）。不同的设置被认为是测试模型，和模拟的结果相比，在文献中存在的聚合物被假定为处于平衡的简单的动力学模型。
2008-12-05 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Interaction between DNA and the Hfq amyloid-like region triggers a viscoelastic response
生物分子的分子运输在生命机制中起着关键作用。然而，由于缺乏量化信息，人们对这一作用了解甚少。在这里，大肠杆菌Hfq的C-末端区域的作用和性质的报告，参与控制的DNA溶液的流动。实验方法的组合已被用来探测Hfq与DNA的相互作用，并测量复合物的流变性能。由于非共价交联的形成，形成具有温度可逆弹性模量的物理凝胶。配合物的力学响应表明它们是不均匀的软固体。我们的实验表明，Hfq的C-末端区域可能有助于基因组的机械响应。所报道的DNA-蛋白质复合物的粘弹性可能对涉及DNA或其片段的分子运输的细胞过程有影响。
2020-07-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Stretching and relaxation dynamics in double stranded DNA
我们数值研究了双链DNA分子的力学稳定性和弹性性能的网络模型的框架内，将微观自由度与碱基对的安排。我们特别关注双链DNA分子被迫进入非平衡构象的开-闭动力学。在DNA分子的一端施加的机械应力使其进入部分打开的构型。我们研究了随后的弛豫动力学与能量交换过程之间的各种自由度和结构重排，导致完全重组的双链构象。详细讨论了平面梯状DNA分子和扭曲DNA分子弛豫动力学的异同。通过这种方式，我们表明，在扭曲DNA形式的情况下，达到准平衡状态的速度比其灵活性较低的梯形对应物更快。此外，我们还发现DNA分子完全重组的速度低于强迫单元所施加的速度，这与DNA分子开合循环的实验观察相符。
2003-06-12 cond-mat.soft nlin.PS q-bio.BM
Base-pair mismatch can destabilize small DNA loops through cooperative kinking
碱基对错配可以缓解高应变DNA分子中的机械应力，但它如何影响其动力学稳定性尚不清楚。使用单分子荧光共振能量转移（FRET），我们测量了有和没有碱基对错配的紧密弯曲的DNA环的寿命。令人惊讶的是，对于由可堆叠的粘性末端捕获的环，尽管降低了整体弯曲应力，但错配降低了环的寿命，并且当错配被放置在DNA中点时，降低最大。这些发现表明，碱基对错配通过称为合作扭结的变构机制将弯曲应力转移到环的相对侧。基于这一机制，我们提出了一个三态模型，解释了DNA环的热力学和动力学稳定性之间的明显二分法。
2019-01-02 physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamic force spectroscopy of DNA hairpins. I. Force kinetics and free energy landscapes
我们研究了DNA发夹结构在机械力作用下折叠/展开的热力学和动力学。我们引入了分子自由能景观的概念，并推导出简化的表达式依赖于力的Kramers-Bell率。为了验证这一理论，我们设计了一个特定的DNA发夹序列，它在机械张力下显示出两种状态的合作折叠，并使用光镊进行了拉伸实验。我们展示了我们如何可以确定的参数，这些序列的分子自由能景观的断裂力动力学研究。最后，我们结合这样的动力学研究与克鲁克斯波动关系的实验研究，推导出形成的发夹在零力的自由能。
2009-02-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Mesoscopic model for DNA G-quadruplex unfolding
基因组含有罕见的富含鸟嘌呤的序列，能够组装成四链螺旋结构，称为G-四链体，在基因调控和染色体稳定性中具有潜在的作用。到目前为止，它们的机械展开仅由全原子模拟报告，无法剖析导致其凝聚力的主要物理相互作用。在这里，我们提出了一个介观模型来描述DNA G-四链体的机械和热稳定性，其中结构的每个核苷酸，以及位于内部通道的每个中心阳离子，被映射到一个单一的珠。在这个框架中，我们能够模拟加载速率类似的实验，这是无法达到模拟原子分辨率。在这方面，我们提出了单分子力诱导的展开实验的高分辨率的光学镊子上的DNA端粒序列能够形成一个G-四链体构象。拟合模型的参数的实验，我们发现一个正确的预测的破裂力动力学和以前的近平衡测量的一个很好的协议。由于G-四链体展开动力学是在二级核酸和三级蛋白质结构之间的复杂性的一半，我们的模型需要在细胞中的非平衡过程的纳米级范例。
2017-05-30 physics.bio-ph q-bio.BM
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。
2017-05-31 cond-mat.soft q-bio.BM
Design of magnetic tweezers for DNA manipulation
我们研究了永磁体和铁磁回路的不同结构，以优化所谓的“磁镊子”技术的磁场，用于研究DNA分子的力学性质。磁场被用来拉动和扭曲一个微米大小的超顺磁珠，通过DNA分子拴在显微镜载玻片表面。施加到珠上的力必须是垂直的，指向上，尽可能强，并且随着磁体远离珠移动，力必须平稳地减小。为了使珠子绕垂直轴旋转，磁场必须是水平的。此外，由磁体占据的体积受到光学系统的限制。我们模拟不同的配置，通过求解方程的静态磁场，然后，我们测试的一些配置，通过测量的力作用在一个珠子拴在一个DNA分子。其中一种配置能够产生比通常报道的强十倍的磁场。
2009-07-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Constraints, Histones, and the 30 Nanometer Spiral
我们研究了核小体构型中包裹在组蛋白周围的一段DNA的机械稳定性。这项调查的假设是，这种包装安排的适当模型是一个弹性杆，是自由扭曲和扭曲的机械约束。我们发现，所需的限制，以稳定的nuclesome配置的数量是由段的长度，DNA缠绕在组蛋白线轴的次数，和具体的限制利用。虽然可以证明，原则上，四个约束条件足以确保核小体的稳定性，但必须做出适当的选择以保证这一最小数量的有效性。约束的最佳选择似乎与组蛋白八聚体表面上螺旋脊的存在有关。我们研究的特殊构型与30纳米螺旋有关，这是染色质中DNA的一种高阶组织。
2001-03-26 cond-mat.soft q-bio.BM
DNA-Protein Cooperative Binding through Long-Range Elastic Coupling
协同性在蛋白质与DNA结合的作用中起着重要作用。一个简单的，机械的协同机制，在张力介导的蛋白质之间的相互作用的形式结合到DNA在两个不同的位置提出。这些蛋白质没有直接的物理接触。插入结合蛋白质的DNA片段被建模为蠕虫状链，其在二维中自由变形。张力控制的蛋白质-蛋白质相互作用是由蛋白质结合产生的两种效应的结果。第一个是在宿主DNA中引入弯曲，第二个是在紧邻结合蛋白的DNA的弯曲模量的修改。两个结合的蛋白质之间的相互作用可以是吸引的或排斥的，这取决于它们在DNA上的相对取向。在这个模型中，施加的张力控制蛋白质-蛋白质相互作用的强度和范围。的合作相互作用的属性进行了讨论，以及实验的影响。
1998-07-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Unfolding kinetics of periodic DNA hairpins
具有周期性碱基序列的DNA发夹分子可以预期表现出规则的粗粒度自由能景观（FEL）作为开放碱基对的数量和施加的机械力的函数。使用一个常用的模型，我们首先分析的序列类型的一个特别简单的景观结构预测，其中部分未折叠状态之间的向前和向后的能量障碍线性下降的力量。随后用动力学蒙特卡罗模拟生成了这种分子与简单自由电子激光的随机展开轨迹。引入可以从这些轨迹采样的概率，它示出了如何表征自由电子激光的参数可以估计。已经有300个轨迹，通常在实验中产生的，提供忠实的结果的自由电子激光参数。
2013-12-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Effects of Kinks on DNA Elasticity
研究了具有可逆扭结结构缺陷的蠕虫状高分子链的弹性响应。这是一个通用的模型（a）双链DNA与某些蛋白质的结合诱导的急剧弯曲，和（b）在单链DNA的骨干trans-gauche旋转的影响。这个问题是解决了解析和数值推广众所周知的类比量子旋转器。在小的拉伸力制度，我们发现，由于扭结的存在，持续长度重整化。在相反的区域，对强拉伸的响应仅由裸持续长度决定，并由于“扭结的理想气体”而进行指数修正。在链条的高弯曲刚度的极限下，这种高力特性显著改变。在这种情况下，对机械响应的主要校正可能是由于多扭结结构（例如扭结对）的形成。
2005-02-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Mechanical properties of Nucleic Acids and the non-local Twistable Wormlike Chain model
核酸的机械性质在许多生物过程中起着重要作用，这些生物过程通常涉及这些分子的物理变形。在足够长的长度尺度上（比如说在$\sim 20-30$碱基对以上），DNA和RNA双螺旋的力学是由均匀的可扭转蠕虫状链（TWLC）描述的，TWLC是一种以扭转和弯曲刚度为特征的半柔性聚合物模型。在较短的尺度下，该模型由于两个原因而崩溃：弹性特性变得依赖于序列，并且远端部位的机械变形变得耦合。在本文中，我们讨论了后者的效果使用的框架内的非本地TwistableWormlike链（nlTWLC）的起源。我们表明，通过比较DNA和RNA双螺旋的全原子模拟数据，在这两个分子的非本地耦合是非常相似的性质：远端站点之间的耦合是强倾斜和扭曲自由度和弱滚动。我们介绍并分析了一个简单的双链聚合物模型，阐明了这种普遍的远端耦合行为的起源。在这个模型中，被称为阶梯模型，nlTWLC描述出现从本地（原子）的自由度成角度变量，描述的扭曲和弯曲的分子的粗化。与其局部对应物不同，nlTWLC的特征在于长度尺度依赖的弹性。我们的分析预测，核酸在几个碱基对的尺度上是机械上较软的，并且在较长的长度尺度上是渐进地较硬的，这一行为与实验数据相匹配。
2022-08-11 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Dynamic force spectroscopy of DNA hairpins. II. Irreversibility and dissipation
我们研究了在机械力作用下，单分子以两态方式协同折叠/展开的不可逆性和耗散。我们应用路径热力学推导出两态系统的平均耗散功和平均跳跃数的解析表达式。它示出了如何这些数量只依赖于两个参数，其特征在于折叠/展开动力学的分子：脆弱性和共存跳跃率。后者必须重新调整，以考虑到适当的实验设置。最后，我们在一个专门设计的DNA发夹结构中进行了光镊拉伸实验，该发夹结构显示了两态合作折叠。然后，我们使用这些实验结果来验证我们的理论预测。
2009-02-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Characterizing the Interaction Between DNA and GelRed Fluorescent Stain
我们进行了单分子拉伸实验和动态光散射（DLS），以表征DNA分子和荧光染料GelRed之间的相互作用。单分子拉伸实验结果表明，当配体浓度达到某一临界浓度时，DNA-GelRed复合物的持续长度随配体浓度的增加而增加，然后随配体浓度的增加而减小。另一方面，络合物的轮廓长度作为GelRed浓度的函数单调增加，表明插层是主要的结合机制。为了表征相互作用的物理化学，我们使用McGhee-von Hippel结合等温线从等高线长度数据提取相互作用的物理化学参数。进行DLS实验以研究通过流体动力学半径测量的DNA-GelRed复合物的有效尺寸作为配体浓度的函数的变化。通过比较流体动力学半径和回转半径的行为，我们发现两种技术所得结果之间存在定性一致性，因为回转半径可以表示为拉伸实验确定的力学参数的函数。
2014-08-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Twist-stretch profiles of DNA chains
螺旋分子在机械载荷的作用下改变其扭曲数。我们研究了一组由介观哈密顿量模拟的短DNA分子的扭曲-拉伸关系。有限温度路径积分技术被应用于产生一个大的合奏的可能的配置的碱基对的序列。该模型还考虑了沿分子堆叠的相邻碱基对之间的弯曲和扭曲波动。模拟了广泛的扭曲构象，我们计算的螺旋结构参数平均超过合奏的碱基对配置。对于任何施加的力，该方法选择使分子的自由能最小化的平均扭转角。据发现，链通常过扭曲下施加拉伸和过扭曲是物理上相关的平均螺旋直径的收缩，即阻尼的碱基对波动。相反，假设弯曲波动的最大幅度可能会随着外部载荷而减小，则DNA分子首先在弱作用力下过度扭曲，然后在特征力值以上解扭曲。我们的研究结果进行了讨论，虽然为千碱基长的分子的实验信息。
2017-09-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
