Twist-bend coupling, twist waves and the shape of DNA loops
通过结合分析和数值计算，我们调查的最小能量形状的短DNA环约$100$碱基对（bp）。我们发现，在这些循环中的多余的扭曲密度振荡作为一个响应施加的弯曲应力，最近发现在DNA微环和核小体DNA中观察到的。这些扭曲振荡，这里称为扭曲波，是由于扭曲和弯曲变形之间的耦合，这又源于DNA大沟和小沟之间的不对称性。我们引入了一个简单的分析变分形状，再现确切的循环能量的第四个有效数字，是非常好的协议与粗粒度模拟得到的形状。最后，我们分析了室温下的回路动力学，并表明扭转波对热波动是鲁棒的。他们执行正常的扩散运动，其起源进行了简要讨论。
2019-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
Mechanical response of plectonemic DNA: an analytical solution
我们考虑一个弹性杆模型扭曲的DNA plectonemic制度。分子被视为一个不可穿透的管，具有有效的，可调节的半径。该模型求解解析，我们推导出的接触压力，扭矩和几何参数的超螺旋区域的公式。我们将我们的模型的DNA分子受到的张力和扭矩的磁镊子实验，并提取的实验响应曲线的线性部分的机械和几何量。这些重建的值是在一个独立的方式，并被发现与文献中提供的是一致的。
2008-01-22 q-bio.BM
Twist-bend instability for toroidal DNA condensates
我们提出，半柔性聚合物在不良溶剂崩溃在两个阶段。第一阶段是众所周知的致密环形聚集体的形成。然而，如果溶剂足够贫乏，冷凝物将经历第二次结构转变到扭曲缠结状态，其中单个长丝通过额外地围绕它们缠绕的平均路径轨道运动来降低它们的弯曲能。这种“拓扑成熟”与已知的模拟和实验结果一致。它连接和合理化的各种实验观察，从强大的DNA纠缠在病毒衣壳的精子头部DNA的双相异常短的间距。我们认为，拓扑成熟的DNA环可以提高效率和稳定性的基因输送。
2003-12-08 cond-mat.soft q-bio.BM
Elastic Correlations in Nucleosomal DNA Structure
核小体核心颗粒中的DNA的结构进行了研究，使用弹性模型，结合各向异性的弯曲能量和扭曲弯曲耦合。使用实验确定的核小体DNA的结构[T. J. Richmond和C.A. Davey，Nature { \bf 423}，145（2003）]，显示了DNA的扭曲、滚动、倾斜和拉伸之间以及磷酸基团之间的距离之间存在弹性相关性。扭曲-弯曲耦合项被证明能够在很大程度上捕获这些相关性，并且拟合到实验数据产生新的估计G=25 nm的扭曲-弯曲耦合常数的值。
2007-01-09 cond-mat.soft q-bio.BM
A systematically coarse-grained model for DNA, and its predictions for persistence length, stacking, twist, and chirality
我们介绍了一个粗粒度的DNA模型与基地建模为刚体椭球体捕捉其各向异性立体化学。相互作用势都是物理化学的，并且是从具有最小现象学的全原子模拟/参数化产生的。持久性长度，堆积程度，和扭曲的分子动力学模拟作为温度，盐浓度，序列，相互作用势强度和局部位置沿链的函数进行了研究，在适当的情况下，为单链和双链DNA。该模型的DNA显示了几个相变和交叉制度，除了去杂交，包括unstacking，untwisting，和崩溃，影响机械性能，如刚度和持久性长度。该模型还表现出稳定的右手和亚稳左手螺旋的手性。
2009-11-22 cond-mat.soft q-bio.BM
Torsional Directed Walks, Entropic Elasticity, and DNA Twist Stiffness
DNA和其他生物聚合物由于其扭转刚度而不同于经典聚合物。这一属性改变了他们的构象在张力下的统计特征，从一个经典的随机行走的问题，我们称之为'扭转定向行走'。受最近对单个DNA分子的实验的启发[Strick等人，Science 271（1996）1835]中，我们用公式表示扭转定向行走问题，并在适当的力域中解析地求解它。我们的技术提供了一个直接的物理测定的微观扭转刚度C和扭转拉伸耦合D相关的DNA功能。该理论定量地拟合了现有的实验数据，作为在很宽的作用力范围内的过扭曲的函数;拟合实验数据得到数值C= 120 nm和D= 50 nm。未来的实验将完善这些值。我们还预测，弯曲起伏的有效扭转刚度减少的现象，应在未来的单分子实验测试，我们给出了它的解析形式。
1997-08-21 cond-mat.soft q-bio.BM
Effect of base-pair inhomogeneities on charge transport along DNA mediated by twist and radial polarons
最近的一些结果表明，在三维、半经典、紧束缚的DNA模型中，存在两种类型的极化子，即径向极化子和扭转极化子，它们可以沿DNA分子输运电荷。然而，在真实的DNA中存在两种类型的碱基对，这使得发现在具有不同碱基对的DNA链中是否也存在电荷传输变得至关重要。在本文中，我们解决这个问题，在其简单的情况下，一个均匀的链，除了一个单一的不同的碱基对，我们称之为碱基对的不均匀性，以及它对电荷传输的影响。径向极化子经历反射或捕获。然而，扭转极化子是沿着真实DNA进行电荷传输的良好候选者。这种传输对于弱参数和对角无序也是非常鲁棒的。
2003-11-25 cond-mat.soft nlin.PS q-bio.BM
Twist-bend coupling and the statistical mechanics of the twistable worm-like chain model of DNA: perturbation theory and beyond
最简单的DNA力学模型将双螺旋描述为具有扭曲和弯曲弹性的连续杆。最近的工作已经讨论了一个很少研究的耦合$G$之间的扭曲和弯曲，已知的DNA双螺旋的凹槽不对称性引起的相关性。在这里，$G$的统计力学的长DNA分子受到施加的力和扭矩的影响进行了研究。本文提出了一种小扭弯耦合有效扭转刚度$C_\text{eff}$的摄动计算方法。我们发现，“裸”$G$是“屏蔽”的热波动，在这个意义上说，低力，长分子的有效自由能是一个模型与$G=0$，但与长波长的弯曲和扭曲的刚性，移位由$G$依赖量。使用自由波动的DNA的扭转和弯曲刚度的结果，我们展示了我们的微扰结果可以扩展到一个非微扰制度。这些结果与Monte Carlo“triad”和分子动力学“oxDNA”模型的数值计算非常吻合，其特征在于不同程度的粗粒化，验证微扰和非微扰分析。虽然我们的理论是在一般良好的定量协议与实验，预测的扭转刚度系统偏离实验数据，这表明有尚未表征的方面的DNA扭曲-拉伸力学有关的低力，长分子的机械响应，这是不被广泛使用的粗粒度模型捕获。
2019-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Transcription and the Pitch Angle of DNA
从转录的几何分析的角度访问的DNA的螺距角的值的问题。这表明，为了使转录成为可能，B-DNA的螺距角必须小于零扭转角。在零扭转角的双螺旋最大限度地旋转，其应变扭转耦合消失。基于微分几何的B-DNA的俯仰角的数值估计与从现有的经验数据中获得的数字进行比较。晶体学研究表明螺距角约为38 °，小于41.8 °的相应零扭转角，这与所建议的转录原则一致。
2013-03-01 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
Twist dominates bending in the liquid crystal organization of bacteriophage DNA
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；University of Minnesota（明尼苏达大学）
本研究结合冷冻电镜、液晶建模与纽结理论，发现噬菌体P4中DNA液晶相的扭转弹性远强于弯曲弹性，且该结论经Langevin动力学模拟的纽结分布实验验证，揭示了弹性、拓扑与基因组组织的一致性。
2025-10-06 cond-mat.soft q-bio.BM
Twist neutrality, a zero sum rule for oriented closed space curves with applications to circular DNA
链分子的全局约束和局部材料性质之间的相互作用是一个新兴的兴趣。对本质上是手性的分子的研究，例如双链DNA，就是一个例子。它们的性质通常取决于局部几何形状，即曲率和挠率，但封闭分子的路径受到拓扑结构的全局限制。满足扭曲中性条件的分子，即沿着曲线的缠绕速率增量变化的零和规则，将对应变表现为中性。这对质粒有影响。对于小的环状microDNA，必须存在使其成为双链的最小长度。也就是说，所有比最小长度长的microDNA都必须是凹的。这个违反直觉的结果与环状DNA观察到的扭结样外观一致。预测的总负曲率的圆形microDNA作为其长度的函数。
2013-02-14 physics.bio-ph q-bio.BM
Thermodynamics of Twisted DNA with Solvent Interaction
虚时间路径积分形式主义适用于一个非线性哈密顿的一个短片段的异质DNA与稳定溶剂相互作用项。扭转效应通过沿分子主链堆叠的相邻碱基对之间的扭转角来建模。的碱基对位移所描述的合奏温度依赖的路径，从而纳入这些起伏的影响，形状的多步热变性。通过对$\sim 10^7 - 10^8$碱基对路径求和，大量的双螺旋构型与模型势的物理要求一致地被考虑在内。配分函数被计算为扭曲的函数。结果表明，B-DNA在室温下特有的平衡扭转角，对碱基对氢键的热破坏产生最稳定的螺旋几何形状。这一结果证实了计算的开放碱基对和比热的分数等物理性质。
2011-08-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Free-energy landscapes of DNA and its assemblies: Perspectives from coarse-grained modelling
本章将概述如何表征自由能景观可以提供深入了解DNA的生物物理特性，以及在DNA纳米技术领域使用的DNA组装的行为。这些复杂系统的景观可以通过使用DNA的精确粗粒度描述来访问。特别的焦点将是与DNA自组装和机械变形相关的景观，后者可能来自外部施加的力或内部应力。
2021-11-19 cond-mat.soft q-bio.BM
Theory of Nucleosome Corkscrew Sliding in the Presence of Synthetic DNA Ligands
组蛋白八聚体显示出沿DNA的热诱导迁移性。最近的理论研究已经建立了两种机制，定性和定量的核小体滑动的体外实验兼容：八聚体repositiong通过一个碱基对扭曲缺陷和通过十个碱基对凸起缺陷。最近的一项实验表明，在小沟结合DNA配体的存在下，重新定位被强烈抑制。在本研究中，我们给出了一个定量的理论核小体重新定位在这样的配体的存在下。我们表明，实验观察到的八聚体的迁移率是一致的结合配体阻止扭曲缺陷通过核小体的图片。这有力地支持了扭曲缺陷诱导核小体的螺旋运动作为核小体滑动的潜在机制的模型。我们提供了一个理论估计的核小体迁移率没有可调参数，作为配体浓度，结合亲和力，结合位点取向，温度和DNA各向异性的函数。有这种流动性在手，我们推测核小体和转录RNA聚合酶之间的相互作用，并提出了一种新的机制，可能占聚合酶诱导核小体重新定位。
2004-06-16 q-bio.BM q-bio.SC
DNA elasticity from coarse-grained simulations: the effect of groove asymmetry
众所周知，DNA在足够长的长度尺度上的许多物理性质可以通过简单的聚合物模型来理解。最广泛使用的DNA弹性模型之一是可扭曲蠕虫状链（TWLC），它将双螺旋描述为具有弯曲和扭转刚度的连续弹性杆。TWLC的一个扩展，最近受到了一些关注，是Marko和Siggia的模型，他们引入了一个额外的扭曲-弯曲耦合，预计会出现从凹槽的不对称性。通过对两种可用的oxDNA（一种粗粒度的核酸模型）进行计算机模拟，我们研究了扭曲-弯曲耦合的微观起源。我们发现，这种相互作用是可以忽略不计的oxDNA版本与对称的凹槽，而它出现在oxDNA版本与不对称的凹槽。我们的分析是基于平衡变形的协方差矩阵的计算，从中获得的刚度参数。从oxDNA模拟估计的扭转-弯曲耦合系数为$G=30\pm1$ ~nm。槽的不对称性导致了一个新的扭曲长度尺度和相关的重整化扭曲刚度$κ_{\rm t} \approx 80$ ~nm，这是不同于固有的扭转刚度$C \approx 110$ ~nm。这自然解释了在过去进行的固有刚度的实验估计的大的变化。
2017-06-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Twisting and Bending Stress in DNA Minicircles
的弯曲的分子轴和出现在环状DNA分子中的中断之间的相互作用，与$\sim 100$碱基对，解决。研究了三种不同半径的AT和GC对含量几乎相等的微环。的DNA序列建模介观哈密顿描述的基本相互作用的螺旋在碱基对的水平，并纳入扭曲和弯曲的自由度。受阻解旋和气泡形成模式一致计算的路径积分方法，总结了大量的分子配置兼容的模型潜力。的路径合奏确定，作为温度的函数，通过最小化系统的自由能。由于分子骨架的弯曲，沿着螺旋出现波动开口以释放应力。与实验结果一致，碱基对断裂的概率较大，在最小的微环的\textit{66-bps}，其弯曲角为$\sim 6^{o} $。对于这种微环，螺旋重复在$τ=\,315K$处显示出阶梯状增加，从而获得相当大的解扭。该方法可以推广到确定开放端线性序列的气泡概率分布。
2014-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Sharp DNA denaturation in a helicoidal mesoscopic model
Peyrard-Bishop DNA模型描述了具有简单势的分子相互作用，其允许有效地计算解链温度。然而，它是基于不考虑螺旋扭曲或任何其他相关分子尺寸的哈密顿量。在这里，我们从一个更现实的3D模型，并制定出几个近似，以达到一个新的非线性一维哈密顿与扭曲角的依赖。我们的近似值进行了数值比较，全三维计算，并建立其有效性，在政权的小角度。对于长的DNA序列，我们得到尖锐的，一阶的熔化，过渡。
2020-05-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Elasticity and electrostatics of plectonemic DNA
我们提出了一个独立的理论，在单分子实验中的DNA的机械响应。我们的模型是基于一个一维连续描述的DNA分子，并占其弹性和DNA-DNA静电相互作用。我们认为经典的加载几何实验中使用的分子的一端连接到一个基板和其他一个被拉的拉力和扭曲的一个给定的圈数。我们专注于配置相关的限制，大量的匝数，这是由两个阶段，一个与线性DNA和超螺旋DNA的其他之一。该模型考虑了线性相的热涨落和超螺旋相的静电相互作用。的扭转应力的值，超螺旋半径和角度，和实验的延伸-旋转曲线的关键功能，即线性区域的斜率和热屈曲阈值，进行预测。它们被发现与实验数据吻合得很好。
2008-11-12 q-bio.BM
Overtwisting induces polygonal shapes in bent DNA
通过结合分析结果和模拟的各种粗粒度的模型，我们调查的最小能量形状的DNA微环的扭转约束施加的过度或undertweight。我们发现，扭曲弯曲耦合，在最近的DNA文献中讨论的交叉相互作用项，诱导最小的能量形状与高和低曲率类似圆形多边形的部分的周期性交替。我们简要地讨论了这些发现可能的实验相关性。我们最后表明，微环的扭曲和弯曲能量由重整化刚度常数，而不是裸的。这对于分析涉及环状DNA的实验以确定DNA弹性常数具有重要意义。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elastic Rod Model of a Supercoiled DNA Molecule
我们研究了超螺旋DNA分子的弹性行为。最简单的模型是杆状链，包括两个弹性常数，弯曲和扭转刚度。我们发现，这个模型是奇异的，需要一个小的距离截止，这是一个自然的长度尺度，给出了该模型的有效性的限制，双螺旋螺距的顺序。的棒状链的存在下的切断是能够定量地再现实验观察到的超螺旋的影响的拉伸力特性，在小超螺旋制度。一个精确的解决方案的模型，使用传递矩阵技术和它的映射到一个量子力学的问题，允许提取，从实验数据，扭转刚度的值。我们还分析了扭矩和扭曲的扭曲比与超螺旋的变化，分析显示存在一个相当尖锐的交叉制度，这可能与激发plectonemic样结构。最后，我们研究了拉伸和超螺旋DNA分子的延伸波动，无论是在固定的扭矩和在固定的超螺旋角，我们比较了一些初步的实验数据的理论预测。
2000-03-21 cond-mat q-bio.BM
Thermomechanical Stability and Mechanochemical Response of DNA: a Minimal Mesoscale Model
我们表明，一个介观模型，具有最少的参数，可以很好地描述均匀的DNA在张力和扭矩下的热平衡的热机械和机械化学行为。我们预测的临界温度下的扭矩和拉伸，相图稳定的DNA，探针/响应曲线下的机械负荷，dsDNA的密度作为拉伸和扭曲的函数的变性。我们将我们的预测与现有的单分子操纵实验进行比较，并找到了很好的一致性。特别是，我们阐明角度约束和无约束过度拉伸之间的区别。我们建议，平滑度的角度限制overstretching过渡是一个后果的分子是在附近的临界值的一个广泛的范围内施加的张力。
2014-10-18 q-bio.BM
Twist versus Nonlinear Stacking in Short DNA Molecules
双螺旋的变性是基本生物学功能的模板，例如涉及局部波动开口形成的复制和转录。在介观哈密顿模型的框架下研究了DNA的异质短序列，即$\sim 100$碱基对的变性转变，该模型考虑了分子的螺旋几何形状。讨论了路径积分方法应用于分子物理性质预测分析的理论背景。相对于基态的碱基对位移被视为路径，其温度依赖的幅度由热波长。在任何温度下，碱基对路径的集合都是按照模型势和热力学第二定律来选择的。配分函数结合了碱基对热波动的影响，其在接近变性时变得更强。这种转变表现为从富含腺嘌呤-胸腺嘧啶碱基对的分子片段开始的渐进现象。计算平衡热力学，我们专注于扭转的互补链的分子轴和非线性堆积势之间的相互作用：它表明，后者影响的熔融配置文件，只有当旋转自由度包括在哈密顿量。使用阶梯哈密顿模型的DNA互补链在预熔化制度的质疑。
2014-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Supercoil formation in DNA denaturation
我们将波兰-Scheraga（PS）模型推广到环状DNA的情况下，考虑到两个菌株相互缠绕。在最近的单分子DNA链实验的指导下，我们假设由变性引起的扭转应力强制形成超螺旋，其扭曲吸收了由环排出的连接数。我们的模型预测，当一个环的熵参数满足$c \le 2$，变性转变不发生。另一方面，对于$c>2$，一级变性转变与我们的模型一致，并且可能发生在实际系统中，如在没有超螺旋的情况下。这些结果与环状DNA解链的其他处理相反，在其他处理中，变性被认为伴随着扭曲的增加，而不是在结合的片段上扭动。
2009-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Twisting short dsDNA with applied tension
利用粗粒化的哈密顿模型研究了DNA分子在机械拉伸下的扭转变形，该模型考虑了稳定双螺旋的基本相互作用，并考虑了碱基对的径向和角向涨落.后者在DNA片段保持固有灵活性的短长度尺度上更为重要。所提出的计算方法模拟了一个广泛的合奏可能的分子构象，其特征在于由一个特定的平均扭曲，并确定最方便的螺旋扭曲自由能最小化。由于这是对任何外部负载进行的，因此该方法产生分子的特征性扭曲-拉伸轮廓，并且还计算宏观螺旋参数的变化，即平均直径和上升距离。据预测，短分子在拉伸下应首先过度扭曲，然后通过增加外载荷解扭曲。此外，施加恒定的负载和模拟扭转应变，过度扭曲的螺旋，它被发现，平均螺旋直径收缩，而分子伸长，在千碱基长序列中观察到的实验趋势一致。导出了定载荷下相对延伸率与超螺旋密度之间的定量关系。所提出的理论模型和计算方法提供了一种通用的方法来表征特定的DNA片段，并预测其宏观弹性响应作为介观哈密顿量的有效势参数的函数。
2017-11-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Conformational variability in proteins bound to single-stranded DNA: a new benchmark for new docking perspectives
我们探索蛋白质数据库（PDB）收集蛋白质ssDNA结构，并创建一个多构象对接基准，包括结合和未结合的蛋白质结构。由于ssDNA在未结合时具有高柔性，因此基准中不包括ssDNA未结合结构。对于91个序列同一性组确定为同一蛋白质的结合-未结合结构，我们研究了由ssDNA结合引起的蛋白质构象变化。此外，基于一些组中的几个结合或未结合的蛋白质结构，我们还评估了在结合或未结合条件下的内在构象变异性，并将其与推测的结合诱导的修饰进行比较。为了说明这个基准测试的用例，我们使用ATTRACT对接软件进行了对接实验。据我们所知，这个基准是第一个仔细研究ssDNA-蛋白质相互作用的可用结构到这样的程度，旨在改善专门用于这种分子相互作用的计算对接工具。
2022-10-20 q-bio.BM q-bio.QM
Mesoscopic model for nano-channel confined DNA
我提出了一个哈密顿模型和计算方法，适合于评估螺旋分子嵌入拥挤的环境中，可能会限制可用的碱基对波动的空间的结构和热力学性质。它示出，对于在纳米通道中的短DNA片段的特定情况下，分子通过使通道的宽度变窄而显著地过度扭曲和拉伸。
2019-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Twist-stretch relations in nucleic acids
本文提出三维介观哈密顿模型并结合路径积分技术，揭示了A型RNA和B型DNA短螺旋片段在恒定负载下的扭转-拉伸关系与拉伸特性，与千碱基长分子的相反行为一致。
2023-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Sequence Effects on DNA Entropic Elasticity
DNA拉伸实验通常使用蠕虫状链模型来解释;然后将模型中出现的持续长度A解释为双螺旋的弹性刚度。实际上，这种方法得到的持久长度是弯曲刚度和反映序列信息的内在弯曲效应的组合，就像在零拉伸力下一样。这一观测结果解决了这些实验中测得的A值与其他方法测得的更大的“动态持续长度”之间的差异。另一方面，扭转约束拉伸实验推导出的扭曲持续长度没有受到这样的校正。我们的计算非常简单且具有分析性;它适用于DNA和其他具有弱内在无序的聚合物。
1997-11-26 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
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$碱基对以上），DNA和RNA双螺旋的力学是由均匀的可扭转蠕虫状链（TWLC）描述的，TWLC是一种以扭转和弯曲刚度为特征的半柔性聚合物模型。在较短的尺度下，该模型由于两个原因而崩溃：弹性特性变得依赖于序列，并且远端部位的机械变形变得耦合。在本文中，我们讨论了后者的效果使用的框架内的非本地TwistableWormlike链（nlTWLC）的起源。我们表明，通过比较DNA和RNA双螺旋的全原子模拟数据，在这两个分子的非本地耦合是非常相似的性质：远端站点之间的耦合是强倾斜和扭曲自由度和弱滚动。我们介绍并分析了一个简单的双链聚合物模型，阐明了这种普遍的远端耦合行为的起源。在这个模型中，被称为阶梯模型，nlTWLC描述出现从本地（原子）的自由度成角度变量，描述的扭曲和弯曲的分子的粗化。与其局部对应物不同，nlTWLC的特征在于长度尺度依赖的弹性。我们的分析预测，核酸在几个碱基对的尺度上是机械上较软的，并且在较长的长度尺度上是渐进地较硬的，这一行为与实验数据相匹配。
2022-08-11 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Statistical Mechanics of Multiplectoneme Phases in DNA
本文针对拉伸超螺旋DNA的回折结构形成问题，拓展两相模型提出纳入位置与长度分布熵的多回折相理论，其与模拟结果高度吻合，且解释了实验观测回折数偏少的分辨率限制问题。
2024-10-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Predicting Knot and Catenane Type of Products of Site-specific Recombination on Twist Knot Substrates
超螺旋环状DNA分子上的位点特异性重组可以产生各种结和索烃。扭结是这些产物的一些最常见的构象，并且它们可以充当进一步轮的位点特异性重组的底物。它们也是最简单的纽结和索链族之一。然而，我们对它们在DNA和重要细胞过程（如位点特异性重组）中的意义的系统理解非常有限。在这里，我们提出了一个拓扑模型的位点特异性重组特征的所有可能的产品，这个反应的扭结基板，扩展以前的工作巴克和Flapan。我们说明了如何使用我们的模型来检查以前未表征的实验数据。我们还展示了我们的模型如何帮助确定多轮进行性重组中的产品序列，并区分进行性重组和分配性重组的产品。该模型研究任意扭结底物上的通用位点特异性重组，这是一个全球理解有限的主题。我们还提供了一个系统的方法，将我们的模型应用到各种不同的重组系统。
2011-06-22 math.GT q-bio.BM q-bio.QM
Single DNA conformations and biological function
从纳米科学的角度来看，细胞过程及其减少的体外模拟为高度稳健的少数或单分子反应途径提供了非凡的例子。一个主要的例子是涉及DNA分子的生化反应，以及这些反应与DNA物理构象的耦合。在这篇综述中，我们总结了最近的结果，对以下现象：我们调查的生物物理性质的DNA循环和DNA结的平衡配置，其相关的生物过程越来越多地赞赏。我们讨论了随机DNA循环可能与蛋白质在DNA分子上的特异性结合位点的目标搜索过程的效率有关。我们详述间歇性DNA纳米气泡的自发形成及其对生物过程的重要性，如转录起始。DNA的物理性质可能确实特别适合在纳米传感应用中使用DNA。
2006-11-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
End-to-end distance and contour length distribution functions of DNA helices
我们提出了一种计算方法来评估端到端和轮廓长度分布函数的短DNA分子所描述的介观哈密顿量。该方法生成一个大的统计合奏的序列中的每个二聚体的可能的配置，选择全球平衡扭曲构象的分子，并确定沿分子骨架的平均碱基对距离。整合的碱基对的径向和角度的波动，我们得出的室温分布函数作为序列长度的函数。最可能的端到端的距离和轮廓长度距离，提供了一个全球分子大小的措施，所获得的值被用来检查在短的长度尺度的DNA的灵活性。据发现，也在分子小于$\sim 60$碱基对，卷曲的配置保持一个大的统计权重，一贯的，持久性长度可能比在千碱基DNA小得多。
2018-07-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Entropic Penalties in Circular DNA Assembly
采用一种新的路径积分计算方法，在实空间中处理稳定分子的基本力，研究了DNA环状分子的热力学性质。通过模拟一个广泛的扭曲构象合奏的碱基对和堆叠贡献的经典行动分别进行评估。我们得到，对于两个短序列，一个自由能景观与多个井对应的最方便的螺旋重复的值。我们的研究结果指出了一个固有的灵活性的圆形结构中的碱基对波动移动系统从一个井到下一个，从而导致当地的螺旋解旋。后者在较短的序列中更明显，其环化导致更高的弯曲应力。与形成的有序螺旋结构的熵减少估计。
2014-11-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
J-factors of short DNA molecules
短DNA序列的倾向，转换成圆形的形式进行了研究介观哈密顿方法，其中包括分子轴的弯曲和固有的扭曲的DNA链。相对于螺旋直径的碱基对波动被视为虚时间路径积分形式主义的路径轨迹。封闭分子子系综的配分函数是通过在径向涨落和角自由度上施加链端边界条件来计算的。环化概率，J-因子，被证明是高度敏感的堆积电位，主要是其非线性参数。我们发现J因子通常通过减少序列长度（N）而降低，并且更显著地，低于N = 100个碱基对。然而，即使对于非常小的分子，J因子仍然相当大，与最近的实验指示一致。相邻碱基对之间的大弯曲角和非谐堆积是短长度尺度下螺旋柔性的原因。
2016-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Nanoconfined circular and linear DNA - equilibrium conformations and unfolding kinetics
从基本的聚合物物理学角度和由于环状DNA分子在体内的重要性，对局限于纳米流体通道的环状DNA的研究是相关的。在这里，我们观察到展开的DNA从圆形到线性配置作为光诱导的双链断裂发生，表征的动力学，并比较线性和圆形配置的平衡构象统计。这很重要，因为它使我们能够确定现有的统计理论在多大程度上描述了受限环状DNA的延伸。我们发现，受限的线性和环状DNA配置的扩展的比例增加的缓冲液浓度降低。实验结果落在理论预测之间的扩展de Gennes制度在较弱的约束和Odijk制度在较强的约束。我们表明，它是可以直接区分环状和线性DNA分子通过测量从DNA的发射强度。最后，我们确定的速度展开，并表明，这个速度是更大的限制DNA，可能反映了相应的更大的差异，在熵之间的圆形和线性配置。
2016-05-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Which way up? Recognition of homologous DNA segments in parallel and antiparallel alignment
DNA间同源基因改组促进了遗传多样性，是DNA修复的重要途径。要做到这一点，同源基因需要找到并识别彼此。然而，尽管它在同源重组中的核心作用，同源识别的机制仍然是一个未解决的难题。虽然已知特定蛋白质在重组的后期阶段起作用，但已经提出了初始粗粒识别步骤。这依赖于DNA结构参数的序列依赖性，例如由分子间相互作用，特别是静电相互作用介导的扭曲和上升。在这种机制中，具有相同碱基对文本或同源的序列比具有不相关碱基对文本的序列具有更低的相互作用能量;差异称为识别能量。在这里，我们探测如何识别能量变化时，一个DNA片段幻灯片过去的另一个，并考虑，第一次，在反平行对齐同源序列。这种对滑动的依赖性被称为识别井。我们发现，有反平行的，同源的DNA道的识别，但只有一个非常浅的，使它们的相互作用将不同的两个非同源的道之间的相互作用。这一事实可以用于专门针对测试理论的单分子实验。以及这一点，我们测试以前的理论近似计算的识别以及对MC模拟平行分子，并考虑更严格的优化的片段的方向约其长轴。当分子被认为是刚性的时，更严格的处理对识别能的影响较小。然而，当扭转柔性的DNA分子的介绍，我们发现很好的协议之间的解析近似和模拟。
2014-12-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
