An Asymmetric Elastic Rod Model for DNA
本文考虑DNA各向异性弹性杆模型的非谐修正。我们的模型解释了正卷和负卷的弯曲能之间的差异，这来自于DNA分子的不对称结构。我们将表明，该模型可以解释在小长度尺度的DNA的高柔性，以及在高变形极限扭结的形成。
2009-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ashkin-Teller formalism for elastic response of DNA molecule to external force and torque
本文提出了一个描述DNA分子对外力和扭矩的弹性响应的类Ashkin-Teller模型。基堆相互作用的描述是一个简单而统一的方式。我们得到了dsDNA的相图，特别是由拉伸和扭曲引起的从B态到S态的转变。ssDNA的弹性响应也以统一的形式呈现。表明了dsDNA分子结构与弹性响应的密切关系。计算的dsDNA分子的折叠角为$59.2^o$。
2008-01-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Concerted motion of protons in hydrogen bonds of DNA-type molecules
本文研究了DNA型双螺旋碱基对中氢键中质子转移的动力学行为。在弹性自由度和隧穿自由度耦合的假设下，导出了描述质子隧穿协同运动的非线性非局域薛定谔方程（SNLNL）.对SNLNL解的粗略估计表明，质子的协同隧穿和双螺旋的对称性之间存在密切的相互作用。
2001-02-26 cond-mat.soft q-bio
Acoustic Spectroscopy of the DNA in GHz range
我们发现在GHz范围内的DNA动力学的参数共振，产生泵超声波。由于碱基对的排列，弹性模量的随机结构导致了局域声子模。
2010-04-23 cond-mat.soft
Ion Type Dependence of DNA Electronic Excitation in Water under Proton, alpha-particle, and Carbon Ion Irradiation: A First-Principles Simulation Study
本研究利用实时含时密度泛函理论模拟，揭示了质子、α粒子和碳离子辐照下水中DNA电子激发的量子力学细节，发现重离子能量转移增加但不符合线性响应预测，且高能空穴对电子阻止本领增加有显著贡献。
2024-01-09 cond-mat.soft
Stiffer double-stranded DNA in two-dimensional confinement due to bending anisotropy
采用解析方法和Monte-Carlo（MC）模拟方法，研究了具有弯曲各向异性的本征扭曲弹性带（如双链DNA）在二维约束下的弹性行为.我们发现，由于弯曲各向异性，在二维构象的双链DNA的持久长度总是大于三维构象。这一结果与相同生物学条件下二维和三维DNA持久长度的测量值一致。我们还表明，在2D中，各向异性，固有扭曲的聚合物表现出一个隐含的扭曲弯曲耦合，这导致扭结形成与半螺旋转向周期性沿弯曲的聚合物。
2016-08-05 cond-mat.soft
Elasticity model of a supercoiled DNA molecule
在一个简单的弹性理论中，我们研究了超螺旋DNA分子在热平衡下的伸长与力的关系。将该配分函数映射到带非量子化电荷的磁介质场中的量子带电粒子的路径积分表示。我们表明，该理论是奇异的连续极限，必须正则化在一个中间的长度尺度。与现有的实验数据吻合较好，并指出了如何准确测量扭转刚度。
1997-11-06 cond-mat.soft q-bio
Anisotropic Elastic Model for Short DNA Loops
利用能量最小化方法，在忽略熵效应的情况下，研究了弯曲各向异性对平面DNA环的影响。我们发现，各向异性的结果在多边形形状的循环和各向异性的增加，使边缘尖锐。计算这种环的能量可以让我们找到有效的持久长度作为硬刚度和软刚度的几何平均值，这与无约束长DNA的调和平均值有很大的不同。
2008-09-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
Ring DNA confers enhanced bulk elasticity and restricted macromolecular diffusion in DNA-dextran blends
聚合物结构在缠结聚合物溶液和复合材料的本体流变性能和微尺度大分子动力学中起着关键作用。特别是环状聚合物，由于著名的爬行模型无法捕捉到它们观察到的动力学，一直是争论的话题。宏观流变学和微分动力学显微镜（DDM）是跨尺度确定缠结聚合物动力学的有力方法，但它们通常需要在不同条件下的不同样品，从而防止将本体流变学性质直接耦合到基础大分子动力学。在这里，我们执行macrorheology高度重叠的DNA和葡聚糖聚合物的复合材料，专注于DNA拓扑结构（环与线性链）的作用，以及DNA和葡聚糖的相对体积分数。在相同条件下的相同样品上，我们在批量测量之前和之后立即对嵌入的荧光标记的DNA分子进行DDM和单分子跟踪。我们发现DNA-葡聚糖复合材料表现出意想不到的非单调依赖性的体积粘弹性和分子水平上的传输特性的DNA组成的复合材料的分数，具有强烈依赖于DNA拓扑结构的特性。我们合理化我们的结果所产生的拉伸和捆绑的线性DNA与压实，肿胀，和线程的环驱动的葡聚糖介导的消耗相互作用。
2022-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
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。
2009-08-13 cond-mat.soft
Conformations of Circular DNA
我们研究了短环状DNA的弹性模型。我们得到了解的构型、弹性能、扭曲度和连接数的解析表达式。我们发现plectonemic转变的开始。我们建议如何使用我们的形式来描述其他弹性模型，并改善目前的有限元分析方法。我们估计的热力学波动的影响。
1997-01-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
In Situ Observation of Proton-Induced DNA Fragmentation in the Bragg Peak: Evidence for a Protective Role of Water
本研究通过原位单分子测量和实时荧光追踪，发现布拉格峰附近含水DNA的质子诱导双链断裂截面比干燥DNA低十倍，证实水的保护作用，为放射生物学和质子治疗建模提供依据。
2025-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.ins-det
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
An algebro-geometric model for the shape of supercoiled DNA
本文提出了一个包含热效应的封闭超螺旋DNA模型。现有的模型包括弹性杆。欧拉的弹性体，平面上的理想弹性杆，只有两种封闭的形状，圆形和8字形，实现为欧拉-伯努利能量的最小值。即使考虑到三维效应，这种弹性模型也提供了比通过原子力显微镜（AFM）观察到的更简单的形状，因为能量的最小点由椭圆函数表示。在本文中，通过对弹性曲线的推广，我们得到了由超椭圆曲线数据确定的形状，这些超椭圆曲线部分地再现了DNA的形状和性质。
2021-10-17 cond-mat.soft math-ph math.MP
Elastic property of single double-stranded DNA molecules: Theoretical study and comparison with experiments
本文旨在全面了解最近通过单分子操纵技术发现的双链DNA（dsDNA）的新弹性性质。提出了一种双链生物高分子的通用弹性模型，并引入了一个新的结构参数--折叠角$ϕ$来表征其变形。在此基础上，考虑了DNA相邻碱基对之间的碱基堆积作用、碱基对的空间效应以及DNA骨架上的静电相互作用，研究了长链双链DNA分子的力学性质.用路径积分方法得到了定量的结果，理论与五个主要实验组的观测结果符合得很好。碱基堆积相互作用的强强度确保了DNA的结构稳定性，而这种相互作用的短程性质使得外部刺激的大结构波动成为可能。DNA的熵弹性、高度伸展性和超螺旋性质都与此密切相关。本工作还表明，负扭矩可以诱导高度延伸的DNA从右手的B型结构转变为类似于Z型构型的左手构型。附录中列出了路径积分法在高分子体系中应用的有关公式。
2000-03-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Unexpected entanglement dynamics in semidilute blends of supercoiled and ring DNA
不同拓扑结构的聚合物的共混物，如环和超螺旋，自然发生在生物学中，并经常表现出新兴的粘弹性在工业中梦寐以求的。然而，由于它们的复杂性，以及生产不同拓扑结构的聚合物的困难，拓扑聚合物共混物的动力学仍然知之甚少。我们通过使用被动和主动微观流变学来表征松弛的圆形和超螺旋DNA的混合物的线性和非线性流变特性，从而解决了这一空白。当我们将浓度从低于重叠浓度c* 改变到高于（0.5c* 到2c*）时，我们表征动力学。令人惊讶的是，尽管工作在稀释-半稀释交叉，纠缠动力学，如剪切稀化，弹性平台，和多个松弛模式，出现。最后，共混物表现出意想不到的持续的弹性响应，以前没有观察到的非线性应变，即使在良好的纠缠线性聚合物的解决方案。
2019-10-02 cond-mat.soft
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
Measuring internal forces in single-stranded DNA: Application to a DNA force clamp
我们提出了一种新的方法来计算内力在DNA结构中使用粗粒度模型，并证明其实用性与oxDNA模型。探索了单个核苷酸上的瞬时力并将其与模型势关联起来，并使用我们的框架计算了两个简单DNA系统和最近发表的纳米级力夹的内力。我们的研究结果突出了一些陷阱与传统的方法来估计内力，这是基于弹性聚合物模型，并强调了仔细考虑二级结构和离子条件的重要性时，建模单链DNA的弹性行为。除了与DNA纳米技术社区的相关性之外，我们希望我们的方法能够广泛适用于各种结构（从DNA到蛋白质）中的内力计算，以及其他粗粒度模拟模型。
2020-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Adaptive elastic properties of chromatin fiber
染色质是DNA和特异性蛋白质的复合物，形成真核生物基因组组织的中间水平，介于双链DNA和染色体之间。在一个通用的染色质组装建模，我们调查的染色质纤维的机械性能和它的生物功能之间的相互作用。定量步骤是将DNA水平的力学与染色质纤维水平的力学联系起来。它允许计算一套完整的染色质弹性常数（扭转和弯曲持久长度，拉伸模量和扭转-拉伸耦合常数），在DNA的弹性特性和几何特征的纤维。这些弹性常数对纤维的局部结构非常敏感，我们认为这种可调弹性可能是染色质功能的关键特征，例如在转录的启动和调节中。此外，该分析提供了一个框架来解释染色质纤维的显微操作研究，并建议进一步的实验，涉及嵌入剂扫描的可调弹性的纤维。
2002-11-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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。
2021-10-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
DNA Twist Elasticity: Mechanics and Thermal Fluctuations
半柔性聚合物的弹性性质在生物学中具有重要意义。有一些关于生物聚合物的实验，比如双链DNA，它可以扭曲和拉伸单个分子来探测它们的弹性。众所周知，热波动在确定分子弹性性质中起着重要的作用，但使用最简单的蠕虫状链模型（WLC）的波动带的扭转弹性问题的完整的理论处理仍然难以捉摸。在本文中，我们处理这个问题，首先采取机械的方法，然后将热效应的二次近似应用Gelfand-Yaglom（GY）方法计算波动的决定因素。我们的研究以受控的方式在力学和统计力学之间进行插值，并显示了热波动如何深刻地影响半柔性聚合物的弹性。本文的新结果是：1）详细研究了最小能量组态，给出了它们的能量和扭曲的显式表达式，以及这些组态的伸长与链的关系图。2)研究了能量在局部极小值附近的涨落，并用Gelfand Yaglom方法导出了拉伸扭曲聚合物自由能的近似解析公式。我们使用来自我们的机械方法的见解，建议计算方案，导致热波动的改善治疗。从推导出的公式，预测的WLC模型的分子弹性可以计算出与数值模拟和实验进行比较。
2010-11-30 cond-mat.soft math-ph math.MP
Elasticity Theory of a Twisted Stack of Plates
我们提出了一个弹性模型的B型DNA作为一堆薄，刚性板或碱基对，不允许变形。DNA的对称性和板的刚性限制的数量体弹性常数有助于DNA的宏观弹性理论的四个。我们推导出一个有效的扭曲拉伸能量的宏观拉伸σ沿和相对多余的扭曲σ的DNA分子轴。除了先前发现的体积拉伸模量和扭转模量之外，我们还获得了具有以下显著特性的扭转-拉伸模量：1）当沿着每个板的几何中心的螺旋曲线的半径为零时，它为零，2）如果板垂直于分子轴，它随着弹性常数K_{23}而为零，该弹性常数将垂直于板的压缩耦合到剪切应变，以及3）如果板相对于分子轴倾斜，则它不为零。这意味着从各向同性弹性介质中切割出的层压螺旋结构不会响应于拉伸力而扭曲，但如果各向同性材料弯曲成螺旋形状，则其会扭曲。
1997-07-03 cond-mat.soft q-bio
Insights into elastic properties of coarse-grained DNA models: q-stiffness of cgDNA vs. cgDNA+
本文利用傅里叶空间刚度矩阵方法对比了cgDNA与cgDNA+模型，发现cgDNA+能准确重现全原子模型的长尺度弹性，而cgDNA在长尺度扭曲刚度上存在显著偏差。
2024-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Conformations of Linear DNA
我们研究的构象下和过度缠绕的DNA模型。该分子被表示为圆柱对称的弹性弦受到拉伸力和对应于规格的链接数的约束。我们推导出描述曲线的欧拉角和拓扑连接数之间的基本关系。得到了无限长极限下分子空间构型的解析表达式.一个独特的配置最小化的能量为一组给定的物理条件。一个弹性模型，包括热波动提供了极好的协议与plectonemic过渡的实验结果。
1996-10-15 cond-mat.soft q-bio
Probing the elastic limit of DNA bending
细胞内的许多结构，如核小体和蛋白质介导的DNA环，都含有急剧弯曲的双链DNA。因此，强dsDNA弯曲的能量学构成了细胞热力学的重要组成部分。尽管蠕虫状链模型很好地描述了长dsDNA的热机械行为，但这种弹性行为的长度限制仍然存在争议。为了研究强dsDNA弯曲的能量学，我们使用荧光共振能量转移（FRET）测量轮廓长度为40-200 bp的小dsDNA环的打开速率。从测得的循环稳定性循环大小的关系，我们观察到两个独立的弯曲制度之间的过渡在一个临界循环大小低于100 bp。在此环路尺寸以上，环路寿命以与弹性弯曲应力一致的方式随着环路尺寸的减小而减小。然而，在临界环尺寸以下，环寿命对环尺寸变得不那么敏感，表明双螺旋软化。仅用钠测得临界环大小为约60 bp，用5 mM镁测得临界环大小为约100 bp，这表明镁促进软化转变。我们表明，我们的结果是在定量协议的扭结蠕虫状链模型。此外，我们的数据约束的模型参数可以重现先前测量的J因子之间的50和200 bp。我们的工作为研究dsDNA在强弯曲区的弯曲提供了强有力的手段。
2014-05-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Extreme bendability of DNA double helix due to bending asymmetry
作为研究紧密弯曲DNA弹性行为的一种方法，短尺度下DNA环化（J因子）的实验数据比基于蠕虫链（WLC）模型的理论预期高出几个数量级。在这里，我们提出，在凹槽方向的双螺旋的不对称的弯曲刚度可以负责极端的弯曲性的DNA在短的长度尺度，它也有利于DNA环的形成在这些长度。为了解释弯曲的不对称性，我们考虑了在早期研究（B。Eslami-Mossallam和M. Ejtehadi，Phys.Rev.E80，011919（2009））。利用DNA分子在碱基对（bp）水平上的粗粒度表示，采用蒙特卡罗模拟方法结合伞形抽样技术，计算了AER模型中DNA成环概率.我们发现，对于DNA分子有一个更大的J-因子相比，WLC模型是在最近的实验数据非常吻合。
2015-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Tautomeric Transitions in DNA
我们研究了DNA碱基对中的互变异构跃迁，考虑DNA的弹性性质作为经典的，质子的隧穿作为量子的，并表明，该跃迁的动力学承认孤子样的解决方案，其形状和大小强烈依赖于双螺旋的结构。特别是，我们已经发现，一组离散呼吸可以大大修改的扭转和弹性常数的相互作用。我们的研究结果可能有一个关系后，沃森-克里克的方法的框架内的取代诱变，在这方面的呼吸孤子可以描述对应于点突变的构象。孤立子动力学的数值模拟表明，初始分布的碱基对与低概率突变每对，但足够大的数量的碱基对参与，可以移动和聚集在一个网站，以形成一组碱基对突变的概率高，一段时间约1微秒。我们认为，在质子隧道的频率，即在红外区的DNA的照射，可能会导致突变。
2001-10-29 cond-mat.soft q-bio
Entropic Elasticity of Double-Strand DNA Subject to Simple Spatial Constraints
本论文的目的是研究的dsDNA分子的熵弹性，具有晶体学长度L的顺序为10至30持久长度A，当它受到空间障碍物。我们没有尝试通过求解Schodringer方程来获得单分子配分函数。我们更喜欢停留在WLC模型的离散化版本中，增加一个单体势，模拟空间约束。我们直接从离散化的玻尔兹曼公式推导出连接相对于相邻“有效单体”的配分函数的传递矩阵。我们在泛函积分中插入了足够的狄拉克δ函数，以确保单体坐标和切向量是独立变量。然后，配分函数由迭代过程给出，该迭代过程在数值上有效并且在物理上透明。作为我们的离散化方法的测试，我们已经研究了两种配置，涉及一个双链DNA分子之间的一对平行板限制。
2006-02-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
