Protein-mediated Loops and Phase Transition in Nonthermal Denaturation of DNA
我们使用统计力学模型来研究蛋白质介导的环存在下的DNA非热变性。我们发现，环状蛋白质随机连接DNA碱基位于沿链的距离可能会导致一级相变。我们估计了在相变附近的变性转变时间，可以与实验数据进行比较。该模型描述了多环的形成，通过动态（波动）连接成环蛋白质之间，这是必不可少的许多细胞生物学过程。
2009-12-21 cond-mat.soft
DNA Bubble Life Time in Denaturation
我们已经调查了变性气泡的生活时间为一个均匀的，以及为一个异质的DNA在波兰Scheraga模型。结果表明，在临界状态下，如果圈熵指数c>2，均匀DNA的气泡寿命是有限的，并且当c<2时，气泡寿命与DNA长度有标度关系。对于任何熵指数，在临界点处的异质性使得气泡的寿命为无穷大。
2010-10-11 cond-mat.soft
Statistical Mechanics of thermal denaturation of DNA oligomers
已知双链DNA链具有非平凡弹性。我们研究了这种弹性对DNA寡聚体变性的影响，通过限制寡聚体一端的一个碱基对保持在未拉伸（或完整）状态。使用Peyrard-Bishop Hamiltonian计算了这种约束对低聚物变性曲线的影响。发现变性曲线与游离（即没有约束）寡聚体非常不同。我们还研究了这种约束如何影响具有位于链的不同部分的缺陷位点的片段的寡聚体的变性概况。
2004-05-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Control of DNA denaturation bubble nucleation to advance nano-biosensing
在要求苛刻的生物传感环境中，提高选择效率策略已成为一个具有重要意义的问题。含有200至400个碱基对的DNA微环，也称为microDNA，是自然界中发现的超螺旋DNA环的代表。它们的短尺寸使它们非常容易扭动和扭曲，这是已知的在DNA变性中起核心作用。我们研究微环长度和超螺旋密度，诱导DNA变性气泡的纳米尺寸和控制定义明确的长寿命。介观建模和加速动力学模拟使我们能够准确地研究与长寿命变性气泡的成核和闭合机制相关的热力学和动力学性质。我们的研究结果为新型的DNA生物传感器铺平了道路，对特定的DNA结合蛋白具有更高的选择性。
2018-05-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Investigation of DNA denaturation in Peyrard-Bishop-Dauxois model by molecular dynamics method
在Peyrard-Bishop-Dauxois模型下，用直接分子动力学模拟方法研究了$(PolyA/PolyT)_{100}$双链体到变性态的相变.计算了双链体的总能量和热容的温度依赖性。所应用的方法可用于计算任何长度和核苷酸组成的双链体的统计特性。
2018-11-08 cond-mat.soft physics.bio-ph 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
Bubbles, clusters and denaturation in genomic DNA: modeling, parametrization, efficient computation
本文使用介观，非线性晶格动力学（Peyrard-Bishop-Dauxois，PBD）建模来描述DNA在变性温度以下和附近的热性质。计算效率的符号介绍了相关的统计力学。计算的熔化配置文件的长和短的异质序列，使用最近推出的重新参数化的PBD模型，并严格讨论。扩展开放的气泡和绑定集群的统计制定和结果，为选定的例子。
2011-02-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermal Denaturation of Fluctuating DNA Driven by Bending Entropy
一个统计模型的均聚物DNA，耦合内部碱基对状态（未断裂或断裂）和外部的热链波动，准确地解决了使用转移核技术。推导了变性气泡分数及其相关长度对温度和DNA长度的依赖关系。当链波动被整合出来时，热变性转变自然出现，并且由断裂和未断裂链段之间的弯曲（熵主导）自由能的差异驱动。DNA的构象性质，如持续长度和均方半径，也被明确计算，导致，例如，实验观察到的热粘度转变的一个连贯的解释。
2007-08-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Reply to a revised comment on "Why is the DNA denaturation transition first order?"
结果表明，在物理学评论快报的缩放分析。85，4988（2000）是有效的有限链长度相关的实验，相反，最近的索赔由A。Hanke和R.梅茨勒在cond-mat/0110164。
2003-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Comment on " A simple model for DNA denaturation"
通过Garel等人（Europhys. Lett. 55，132（2001），cond-mat/0101058）与流行的重整化群参数不一致。
2002-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Reply to the Comment by A. Hanke and R. Metzler on "Why is the DNA Denaturation Transition First Order?"
结果表明，在物理学评论快报的缩放分析。85，4988（2000）（cond-mat/0007141）对与实验相关的长度有限的链是有效的，这与A. Hanke和R.梅茨勒在cond-mat/0108323。
2001-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Tunable Thermal Switching via DNA-Based Nano Devices
DNA有一个明确的结构转变-双链形式变性为两条单链-这强烈影响其热传输特性。我们表明，根据广泛实施的DNA变性模型，可以设计DNA“heattronic”设备，在变性转变（~350 K）的狭窄温度范围内具有快速增加的热导率。电导的这种快速增加或“切换”的起源是当温度越过转变温度和DNA变性时晶格的软化和非线性效应的抑制。最重要的是，我们证明了DNA纳米结具有广泛的热可调性，由于不同的序列和长度，并利用潜在的非线性行为。我们讨论了碱基序列中无序的作用，以及与基因组DNA的关系。这些结果为开发具有非线性结构动力学的材料的热器件以及理解DNA变性的潜在机制奠定了基础。
2012-12-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Direct observation of large temperature fluctuations during DNA thermal denaturation
本文报道了直接测量双链DNA热变性相变时低频温度涨落的方法。仅在变性发生的温度范围内发生的波动比预期的平衡波动大几个数量级。在相同序列的单链DNA中不存在。在给定温度下的波动也取决于等待时间，并在几个小时的范围内消失。结果表明，在25-30 k_{B} T_{0}（T_{0} = 300 K）的温度范围内，由于通过势垒跃迁而处于动态平衡的变性碱基对和闭合碱基对的共存，导致了大的涨落.
2006-02-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stacking Interactions in Denaturation of DNA Fragments
在路径积分理论框架下建立了非均相DNA变性的介观模型。碱基对拉伸被视为一维的，时间依赖的路径，有助于配分函数。的路径合奏的大小，它测量系统的协同性的程度，计算与温度一致的模型潜在的物理要求。它示出的系综尺寸强烈变化的分子骨架刚度提供堆叠和熔融转变的功能之间的定量关系。后者是从片段的富含\emph{adenine-thymine}的部分开始的整体平滑交叉。谐波堆积耦合沿$T$轴移动多步变性的发生，但不改变交叉的特征。计算开放碱基对与温度的分数的方法进行了讨论：通过平均的路径合奏的碱基对位移，我们发现，这样的分数信号的多步骤的过渡，在很好的协议所提供的指示比热图。
2011-06-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DNA denaturation bubbles: free-energy landscape and nucleation/closure rates
采用粗粒度元动力学和布朗模拟方法研究了DNA中非超螺旋应力诱导变性气泡的成核和缓慢闭合机制。一个最小的介观模型是使用的双螺旋线是由两个相互作用的珠弹簧旋转股在双工状态与规定的扭转模量。我们证明，时间尺度的成核（分别。关闭）的约10个碱基对的气泡，与实验一致，是与交叉的自由能势垒的$22~k_{\rm B}T$（分别。$T$）。元动力学允许我们准确地重建自由能景观，以表明自由能障碍来自气泡和双态之间的扭转能量的差异，从而突出限制步骤，集体扭曲，控制成核/闭合机制，并访问毫秒范围内的开放时间尺度。与小的呼吸气泡相反，这些超过4个碱基对的气泡具有生物相关性，例如当特定DNA结合蛋白需要预先存在的变性状态时。
2015-01-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Localization of Denaturation Bubbles in Random DNA Sequences
我们研究了长的、拉伸的DNA随机序列中扭曲诱导的变性泡的热力学和动力学行为。与弱扭曲相关联的小气泡是离域的。在阈值扭矩以上，几十个碱基或更大的气泡变得优先定位于富含\AT的区段。在本地化的制度，气泡表现出“老化”和移动亚扩散与连续变化的动态指数。这些性质是使用大偏差理论的结果与标度参数，并验证了蒙特卡罗模拟。
2003-02-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A simple model for DNA denaturation
在波兰和Scheraga之后，我们考虑了DNA变性转变的简化模型。这两条链被建模为相互作用的聚合物链。吸引力的相互作用，模仿四个碱基之间的配对，减少到一个单一的短程结合期限。此外，禁止碱基对错位，这意味着这种结合术语只存在于两条链的相应（相同的曲线横坐标）单体。我们考虑了两链单体之间的排斥体积排斥，而忽略了链内排斥。我们发现，排除的体积项产生了一个有效的排斥链之间的相互作用，衰减为$1/r^{d-2}$。由于链之间的这种长程排斥，变性转变在任何维度上都是一级的，与以前的研究一致。
2001-01-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Slow closure of denaturation bubbles in DNA: twist matters
利用布朗动力学模拟研究了DNA中长平衡变性泡的闭合。使用最小介观模型，其中双螺旋由两个相互作用的珠-弹簧自由旋转链组成，在双链状态下具有非零扭转模量，$κ_ϕ=$ 200至300 kT。对于长度为N=40 ~ 100 bp的DNA，在其中间有一个大的初始泡，其闭合时间为0.1 ~ 100微秒，泡从两端开始缠绕，直到达到10 bp的亚稳态。最终的闭合受到三种竞争机制的限制，这取决于$κ_ϕ$和N：臂扩散直到它们对齐，气泡沿着DNA扩散直到到达一端，或局部Kramers过程（跨越扭转能垒）。对于夹紧端或长DNA，封闭通过后一种温度激活机制发生，首次与实验产生良好的定量一致性。
2013-04-24 cond-mat.soft
Numerical study on a disordered model for DNA denaturation transition
我们数值研究了一个无序版本的DNA变性转变模型（DSAW-DNA），该模型由两个相互作用的SAW组成，在3d中，在均匀的情况下经历一级转变。碱基对之间相互作用的两个可能值eAT和eGC被视为沿链以等概率分布的猝灭随机变量。我们测量的数量平均超过无序，如能量密度，比热和概率分布的环路长度。当应用在均匀的情况下使用的标度律，我们发现，过渡似乎是更平滑的存在的混乱，在一般的理论论据。然而，我们不能排除仍然是第一级过渡的可能性。
2006-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Why is the DNA Denaturation Transition First Order?
我们研究了一个DNA的变性跃迁模型，其中分子被认为是由一系列交替的结合片段和变性环组成的。我们考虑到排除体积之间的相互作用，变性的循环和其余的链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。的相变被发现是一阶在d=2维及以上，在与实验和方差与以前的理论结果，其中只有排除体积内变性循环的相互作用被考虑在内。我们的结果与最近的数值模拟结果一致。
2000-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
The continuum limit of the Poland-Scheraga DNA denaturation model
本文基于场论推导了长DNA分子的相图，发现两种稳定固定点，其中一种导致连续相变，另一种导致一级相变。
2026-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Coupling between denaturation and chain conformations in DNA: stretching, bending, torsion and finite size effects
我们进一步开发了耦合DNA中的变性和链构象的统计模型（Palmeri J，Manghi M和Destainville N 2007 Phys. Rev. Lett. 99 088103）。我们的离散螺旋蠕虫链模型明确考虑了三个弹性自由度，即聚合物的拉伸，弯曲和扭转。通过整合这些外部变量，构象熵有助于气泡成核（碱基对的打开），这揭示了DNA解链机制。由于单体长度、弯曲模量和扭转模量的值在dsDNA和ssDNA中显著不同，因此这些效应是重要的。此外，我们探讨在这种情况下，一个额外的循环熵的作用和分析有限尺寸的影响，在实验的情况下，polydA-polydT是由两个G-C链，以及自由聚合物夹紧。
2008-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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。
2003-04-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Plectoneme tip bubbles: Coupled denaturation and writhing in supercoiled DNA
生物信息不仅存储在双螺旋DNA的数字化学序列中，而且还编码在DNA链的机械特性中，这可以影响涉及其读出的生化过程。例如，Lac操纵子中的环的形成可以调节关键基因的表达，并且DNA超螺旋与蓝藻中的节律性圆曲线基因表达密切相关。超螺旋对于真核和原核细胞中基因组的大规模组织也很重要。DNA可以通过扭曲形成环状结构来对扭转应力做出反应，这种环状结构被称为原丝，从而将储存在扭曲中的能量转化为储存在弯曲中的能量。变性气泡也可以放松扭转应力，其吸收欠扭转的能力补偿了断裂键的破坏成本。在这里，我们预测一个新的制度，泡沫形成的plectonemes的尖端，并研究其性质，使用粗粒度的模拟。这些尖端气泡可以发生积极和消极的超螺旋，大大减少了钉扎机制的plectoneme扩散。它们可以导致plectonemes优先定位于AT丰富的区域，因为气泡更容易在那里形成。尖端气泡制度发生的超螺旋密度和力量，通常遇到的DNA在体内，并可用于生物控制的基因组过程。
2014-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
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。
2012-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of external stress on the thermal melting of DNA
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。
2007-09-24 cond-mat.soft
Critical dynamics of DNA denaturation
我们提出了详细的分子动力学结果的位移自相关谱的Peyrard-Bishop模型的热DNA变性。当接近相变时，光谱取决于波长是否小于或超过相关长度。在第一种情况下，谱由单个峰主导，其频率接近谐波链的裸声频，并且其线宽接近零，如$T_c-T$。在第二种情况下，中央峰（CP）的功能是占主导地位的，占大部分的重量; CP的线宽似乎是温度无关的。我们还提出了力自相关谱，这可能是相关的本地化模式的统计特性分析。
2002-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Can Finite Size Effects in the Poland-Scheraga Model Explain Simulations of a Simple Model for DNA Denaturation ?
我们比较了以前的模拟结果的一个简单的模型的DNA变性的波兰Scheraga模型的预测。集中在后者模型的临界区域，我们计算的热力学量和分布函数的模拟测量。我们发现，波兰Scheraga模型产生一个很好的拟合的数据，提供（i）我们包括一个（奇异）因素加权的双链链的开放端，（ii）我们保持领先的校正有限尺寸标度限制。控制端部加权因子的指数c_1被相当好地确定：0.1 <~ c_1 <~ 0.15。指数c决定了大环的长度分布，但它的确定性很差。这些数据与c值至少在1.9 <~ c <~ 2.2范围内是一致的。因此，从数据中不能确定变性转变渐近地是一级还是二级。我们认为，模拟两端封闭的双链可能会更精确地确定c。
2005-02-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Path Integral Method for DNA Denaturation
利用虚时间路径积分方法研究了均匀DNA的统计物理。通过宏观约束选择的路径的集合来描述碱基对拉伸，满足热力学第二定律。在特定温度$T^*_c$附近和之上，对配分函数有贡献的路径的数目强烈地增加，而未结合碱基对的分数在$T^*_c$附近和之上连续地增长。后者与变性温度一致。因此，两条互补链的分离表现为一种高度协同的现象，相对于$T$显示出平滑的交叉。通过改变路径系综在温度范围下限处的大小，计算了大温度范围内的量子化学性质。没有重大的物理依赖系统的大小已经设想。熵随$T$的增大而增大，比热在$T^*_c$处出现一个显著的峰值.相对于$T$的峰的位置随着沿链的非谐堆积相互作用的刚度而变化。结果表明，均质DNA的变性具有二级相变的特征。该方法考虑了大量自由度的协同行为，同时计算时间保持在合理的范围内。
2009-03-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Variety of Scaling Laws for DNA Thermal Denaturation
我们讨论了可能的机制，可能会影响变性和绑定的DNA状态之间的过渡的顺序，并导致DNA链的构象特性的标度律的变化。为此，我们重新考虑波兰-Scheraga模型，并应用聚合物场论方法来计算与变性环分布相关的熵指数。我们讨论特别是这种过渡的变种，可能会发生由于解决方案的属性，并可能会影响自我和相互作用的单链和双链。我们发现，所研究的效果显着影响的强度的一阶过渡。这特别表现在控制DNA环和链分布的比例定律的变化上。作为这些变化的定量测量，我们提出了相应的标度指数的值。对于$d=4-\varepsilon$情形，我们得到了相应的$\varepsilon^4$展开式，并利用重量化技术计算了空间维$d=3$的微扰理论展开式.
2021-03-15 cond-mat.soft
A Simple Model for the DNA Denaturation Transition
研究了三维简单立方晶格上的相互作用的自回避游动对。它们具有共同的起源，并且仅允许在沿着链的相同单体位置处重叠。后一种重叠确实受到能量增益的青睐。这是受Poland和Sheraga很久以前提出的DNA变性转变模型的启发[J. Chem. Phys. { \bf 45}，1464（1966）]，然而，在该模型中没有充分考虑自我回避。对于这两种模型，都存在一个温度T_m，在该温度T_m以上，打开的熵优势克服了形成紧密结合的双链结构所获得的能量。数值模拟结果表明，该相变是一级相变（能量密度不连续），但表面张力的模拟消失，且相变点附近的标度律完全是交叉指数为1的二级相变。数值和精确解析结果表明，在部分或完全忽略自回避的修正模型中，转捩是二阶的。
1999-10-13 cond-mat.soft q-bio
DNA thermal denaturation by polymer field theory approach: effects of the environment
我们分析了环境（溶剂质量，存在的扩展结构-拥挤的环境）的影响，可能会影响变性和有界DNA状态之间的过渡顺序，并导致DNA链的构象特性的标度律的变化。我们发现，所研究的效果显着影响的强度的一阶过渡。为此，我们重新考虑波兰-Scheraga模型和应用聚合物场论计算熵指数与变性环分布。对于$d = 3$的情况下，相应的发散$ε= 4-d$扩展评估通过恢复其收敛通过remation技术。对于空间维度$d = 2$，从将聚合物模型映射到二维随机晶格上推导出指数，即，在存在量子引力的情况下。我们还表明，一阶跃的存在下，进一步加强了扩展的不可渗透的区域在溶剂中，限制了大分子配置的数量。
2021-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pulling short DNA molecules having defects on different locations
我们提出了一个研究的作用，缺陷的短DNA分子的稳定性。我们考虑短的DNA分子（16个碱基对），并调查这些分子的热以及机械变性的缺陷，发生在分子的任何地方的存在下。为了研究，我们考虑四种不同类型的链。不仅AT与GC的比例不同，而且AT和GC沿分子的分布也不同。在统计模型中进行适当的修改，以显示一对中的缺陷，我们研究了短DNA分子在热力学和恒力系综中的变性。在力系综中，我们将DNA分子从每一端拉出（保持另一端自由），并观察到分子中存在缺陷时分子开放的一些有趣特征。我们计算的概率开放的DNA分子在恒力合奏解释碱基对的开放，因此在存在缺陷的分子的变性。
2015-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Numerical study of the disordered Poland-Scheraga model of DNA denaturation
我们数值研究了二元无序的Poland-Scheraga模型的DNA变性，在该制度下，纯模型显示一级转变（循环指数$c=2.15>2$）。我们使用一个Fixman-Freire计划的熵的循环，并考虑链长度高达$N=4 \cdot 10^5$，平均超过$10^4$样本。我们提出了并行的两个边界条件，即有界-有界（bb）和有界-无界（bu）的各种观测结果，因为他们提出了非常不同的有限尺寸行为，无论是在纯的情况下，在无序的情况下。我们的主要结论是，在无序的情况下，过渡仍然是一级的：在（bu）的情况下，无序的平均能量和接触密度呈现交叉为不同的值$N$没有重新缩放。此外，我们得到，这些无序平均观测量不满足有限尺寸标度，作为一个强的样本到样本的伪临界温度波动的结果。对于一个给定的样品，我们提出了一个程序，以确定其伪临界温度，并表明，该样品，然后服从一级跃迁有限尺寸标度行为。最后，我们得到的无序平均临界回路分布仍然是由$P(l) \sim 1/l^c$在制度$l \ll N$，在纯的情况下。
2005-05-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Statistical mechanics of DNA-nanotube adsorption
碳纳米管（CNT）的多环芳香族表面元素与脱氧核糖核酸（DNA）的芳香族核苷酸之间的吸引导致两者之间的可逆吸附（物理吸附），这是与杂交相关的现象。我们提出了一个哈密顿制剂的拉链模型，占DNA-CNT相互作用，并允许处理的实验数据，这已经等待了十年的可用理论。
2020-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Microscopic mechanism for experimentally observed anomalous elasticity of DNA in 2D
通过探索最近的模型[Palmeri，J.，M. Manghi和N.德斯坦维尔2007.物理修订信函99：088103]其中，由蠕虫状链模型描述的DNA弯曲弹性与碱基对变性相结合，我们证明了当被限制在二维（2D）中时，小的变性气泡导致纳米尺度的DNA柔性的异常，如原子力显微镜（AFM）实验中所报道的[Wiggins，P.A.，等人，2006年。Nature Nanotech. 1：137-141]。我们的模型产生非常好的拟合实验数据和定量预测，可以通过实验进行测试。虽然当DNA在三维（3D）中自由波动时存在这种异常，但它们太弱而无法被检测到。螺旋双链DNA中碱基之间的相互作用通过在2D基底上的静电吸附来修饰，这有利于局部变性。这项工作调和了观察到的2D和3D DNA弹性特性之间的明显差异，并指出，DNA（及其伴随蛋白质和酶）的3D特性的结论并不直接遵循AFM的2D实验。
2009-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermal denaturation of fluctuating finite DNA chains: the role of bending rigidity in bubble nucleation
文献中的统计DNA模型通常是有效的模型，其中仅考虑碱基对状态（未断裂或断裂）。由于一系列断裂键或气泡的有效抗弯刚度与双链状态相比降低了30倍，因此需要在更一般的介观模型中包含分子构象自由度。在本文中，我们这样做，提出了一个一维伊辛模型，它描述了内部的碱基对状态，耦合到一个离散的蠕虫状链模型描述链配置[J. Palmeri，M. Manghi和N. Destainville，Phys. Rev. Lett. 99，088103（2007）]。这个耦合模型是完全解决使用传输矩阵技术，提出了一个类似的路径积分处理的量子双原子分子。当链波动被整合出来时，变性转变温度和宽度自然地出现为一个明确定义的哈密顿量的模型参数的显式函数，揭示了该转变是由气泡和双链段之间的弯曲（熵主导）自由能的差异驱动的。计算的熔解曲线（开放碱基对的分数）是在良好的协议与实验熔解曲线的polydA-polydT。预测的均方半径作为温度的函数的变化导致一个连贯的新的解释实验观察到的热粘度转变。最后，详细研究了DNA链长度的影响，强调了有限尺寸效应的重要性，即使是由几千个碱基对组成的DNA。
2007-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Numerical evidence for relevance of disorder in a Poland-Scheraga DNA denaturation model with self-avoidance: Scaling behavior of average quantities
本文用数值方法研究了序列不均一性对考虑自回避效应的Poland-Scheraga模型的热力学性质的影响，即环长概率分布的指数c_p=2.15。在补充以前的晶格蒙特卡罗的研究，我们认为在这里的大序列长度的非晶格数值计算，依靠高效的算法方法。我们研究有限尺寸效应与适当的内在长度尺度x的定义，取决于模型的参数。基于足够大的稀有区域的出现，对于给定的序列长度N，该研究提供了有限大小行为的定性图片，表明无序的影响只能在序列长度与x呈指数发散的情况下才能被感知。我们进一步详细研究了x=1.3的特殊情况下的平均量，通过这个参数的选择，确保了非晶格和晶格研究之间的对应关系。总之，各种结果可以被投射在一个连贯的画面中，其中在小尺寸N < 1000的几乎纯的系统样行为（如在晶格上模拟中观察到的）与指示无序相关性的表观渐近行为（具有（平均）相关长度指数v_r >= 2/d（=2））之间具有交叉。
2006-11-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
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
Numerical study of DNA denaturation with self-avoidance: pseudo-critical temperatures and finite size behaviour
我们进行了广泛的数值研究的无序波兰Scheraga（PS）模型的DNA变性，其中自我回避是完全考虑。作为对我们以前工作的补充，我们在这里着重于有限尺寸标度的伪临界温度。我们发现，值得注意的是，平均值和波动的伪$T_c$规模具有相同的指数，相关长度指数$ν_r$（我们提供了精细的评估$ν_r=2.9 \pm 0.4$）。这一结果（与典型的图片，描述随机铁磁体，当无序相关）是在方差与文献中报道的PS模型与自我回避的数值结果，导致一个替代方案与伪一阶过渡。此外，我们引入了一个交叉链长$N^*$，我们评估，适合于表征该模型中的渐近制度的方法。本质上，低于$N^*$，我们研究中模型的行为也可以与这种替代方案一致。基于近似预测的依赖$N^*$的模型的参数，我们表明，这样的参数的选择，它可能是不可能达到的渐近制度在实践中。在这种情况下，它成为可能，然后调和明显矛盾的数值研究。
2016-05-04 cond-mat.dis-nn 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
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
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
DNA adsorption at liquid/solid interfaces
DNA在固体或液体表面上的吸附是一个具有广泛基础和应用兴趣的课题。本文用X射线反射法研究了单分散双链DNA分子在带正电荷的表面上的吸附，该表面是通过在无氧化物的单晶Si（111）晶片上化学接枝均匀的N-（2-氨乙基）十二酰胺有机单分子层而获得的。吸附的dsDNA被发现嵌入到软单分子膜，这是变形的过程中。表面覆盖率非常高，预计该吸附层将显示2D有序。
2008-09-26 cond-mat.soft
Correlation-induced DNA adsorption on like-charged membranes
DNA或其他生物分子在带电膜上的吸附是软物质和生物纳米技术系统中反复出现的主题。遇到的两种典型情况是将单个DNA链沉积到基底上用于进一步分析，例如，通过力显微镜，或将聚电解质拉入膜纳米孔中，如在测序应用中。在本文中，我们提出了一个理论分析，这种情况下的自洽场论的方法，它使我们能够解决的重要影响的电荷相关性的基础上。我们计算了浸入电解质中的刚性电极与带负电荷的电介质膜接触时的巨电势。为了简洁起见，我们忽略构象聚合物的波动和模型的分子作为一个刚性带电线。在强荷电膜上，吸附的反离子增强了界面区域的屏蔽能力。在高电荷的聚合物，如双链DNA分子靠近膜的存在下，这种增强的界面屏蔽主导平均场水平的DNA-膜排斥，并导致DNA分子吸附到表面。这张照片为最近观察到的DNA结合到类似电荷的底物上提供了一个简单的解释[G。L- Caballero等人，软物质10，2805（2014）]，并指出电荷相关性是聚合物-表面相互作用的不可忽略的成分。
2016-10-12 cond-mat.soft
Anharmonic stacking in supercoiled DNA
用考虑螺旋几何的介观哈密顿模型分析了短环状DNA分子的多步变性。通过路径积分方法计算的熔融曲线表明，堆叠非谐稳定的双螺旋对氢键的热破坏。扭转是必不可少的模型，以捕捉非线性效应的重要性的材料性能。在零扭曲的梯形模型中，非谐堆积对热力学几乎没有影响。相对于平衡构象，适度非扭曲螺旋显示出对过度扭曲螺旋的能量优势。因此，适度解扭的螺旋更好地维持局部波动开口，并使热驱动的完全链分离更不可能。
2012-03-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Adsorption of mono- and multivalent cat- and anions on DNA molecules
用计算机模拟研究了盐溶液中一价和多价阴离子在脱氧核糖核酸（DNA）分子上的吸附。离子被建模为带电的硬球，DNA分子作为点电荷模式的双螺旋磷酸盐链。DNA分子的几何形状在不同的水平上建模，从简单的圆柱形到结构化模型，包括磷酸盐链之间的主要和次要凹槽。计算了吸附在磷酸盐链上的离子的密度，在主要的和次要的凹槽。首先，我们发现，DNA表面上的吸附模式强烈依赖于其几何形状：抗衡离子吸附优先沿磷酸链的圆柱形模型的形状，但在小沟的几何结构模型。第二，我们发现，除了单价盐离子的结果在小沟中的电荷密度的增加，而吸附在大沟中的离子的总电荷密度保持不变。吸附的离子密度沿小沟高度结构化，而它们几乎是沿大沟涂抹。此外，对于固定量的添加的盐，大沟阳离子电荷与共价无关。为了增加盐浓度，大沟被中和，而吸附在小沟中的总电荷是恒定的。检测到多价盐的DNA过充电。模拟较大的离子半径，模仿离子水合作用的效果，表明增加的阳离子在主要沟的吸附。
2003-07-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Molecular behavior of DNA in a cell-sized compartment coated by lipids
研究了长DNA分子在细胞大小的有限空间中的行为。我们制备了被磷脂覆盖的油包水液滴，其模仿细胞的内部空间，随后用未折叠的螺旋和折叠的小球构象封装DNA分子。显微镜观察发现，卷曲DNA在膜表面的吸附依赖于囊泡空间的大小。球状DNA在膜上吸附后表现出细胞大小依赖性的展开转变。此外，当DNA与两相膜表面相互作用时，DNA根据其构象选择性地吸附在膜相，例如有序相或无序相。我们讨论了这些趋势的机制，考虑DNA的自由能与多胺在溶液中。该模型的自由能与实验数据吻合较好。DNA和多胺与膜表面的协同作用导致分子系统在小空间中的尺寸依赖行为。这些发现可能有助于更好地理解细胞内分子事件和反应的物理机制。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Bubble dynamics in DNA
双链DNA中局部变性区（气泡）的形成是生物大分子构象变化的一个重要例子。我们研究泡沫形成的动力学在一个福克-普朗克方程的概率密度找到一个气泡的大小n碱基对在时间t，在波兰-Scheraga模型的自由能的基础上。特征气泡关闭和打开时间可以从相应的第一通过时间问题中确定，并且对进入模型的特定参数敏感。一个最近应用于DNA呼吸动力学的常速率多态解链模型[G. Altan-Bonnet等人，Phys.Rev.Lett. 90，138101（2003）]作为限制情况出现。
2003-07-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
The Conformation of Interfacially Adsorbed Ranaspumin-2 is an Arrested State on the Unfolding Pathway
Ranaspumin-2（Rsn-2）是一种表面活性剂蛋白质，存在于汤加拉蛙的泡沫巢中。以前的实验工作已经导致了一个拟议的吸附模型，其中涉及一个不寻常的蛤壳样的“unhinging”的蛋白质在界面上。有趣的是，Rsn-2的二级结构元件没有伴随着其三级结构的大规模转化而变性。在这项工作中，我们使用实验和模拟，以更好地了解支撑这一不寻常的过程的驱动力。我们开发了一种改进的Gō-model方法，其中我们包含了侧链的显式表示，以逼真地模拟蛋白质二级结构元素与界面之间的相互作用。这样做允许的基础能源景观的研究，其中管理机制的Rsn-2界面吸附。在实验上，我们研究有针对性的突变体的RSN-2，使用朗缪尔槽，悬滴张力和圆二色性，以证明蛤壳模型是正确的。我们发现，Rsn-2吸附实际上是一个两步的过程：疏水的N-末端尾部招募的蛋白质的接口后，Rsn-2经历了一个展开的过渡，保持其二级结构。有趣的是，我们的模拟表明，构象Rsn-2在界面处采用的是沿变性途径的被捕状态。更一般地说，我们的计算模型应该证明是一个有用的，计算效率高，在研究蛋白质界面相互作用的动力学和能量学的工具。
2016-02-12 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.QM
One-Loop Fluctuation Entropy of Charge Inversion in DNA
实验已经揭示了DNA在带电溶液中的相关驱动行为，包括电荷反转和凝聚。本文提出了一个电荷反转的晶格气模型的计算带电二聚体在DNA上的吸附。假设每个吸附位点具有空位或带正电荷的二聚体，所述二聚体与双螺旋DNA链平行或垂直取向。计算了这三种物质的熵和电荷分布，包括对平均场论的最低阶涨落修正。我们发现，包含的波动项上的熵有显着的影响，主要是在该政权的二聚体被排斥的DNA分子和竞争的化学势在溶液中。
2019-02-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
How dsDNA breathing enhances its flexibility and instability on short length scales
我们研究了短dsDNA的意外的高灵活性，最近已被报道的一些实验。通过Langevin动力学模拟我们的呼吸DNA模型，首先我们观察到双链体内气泡的形成，并在末端分叉，尺寸分布与轮廓长度无关。我们发现，这些局部变性在生理温度下，尽管他们的罕见和短暂的存在，可以大大降低持久长度与实验一致的短DNA片段。
2010-01-13 cond-mat.soft
How does a protein search for the specific site on DNA: the role of disorder
蛋白质可以在DNA上定位它们的特定目标，比Smoluchowski三维扩散速率快两个数量级。这是由于蛋白质对DNA的非特异性吸附以及随后沿DNA的一维滑动。我们称这种朝向目标的一维路线为“天线”。我们研究了天然DNA的准随机序列对天线内非特异性结合能色散的影响。滑动蛋白质的随机能量分布减慢了目标的搜索速度。我们表明，这种放缓是不同的宏观和介观天线。
2006-04-24 cond-mat.soft q-bio.BM
