Bubble Relaxation Dynamics in Double-Stranded DNA
本文讨论了描述单个气泡形成的涨落动力学的双态（碱基对的开-闭）模型。我们提出了一个精确的解决方案的离散和有限大小的版本的模型，包括端部效应，并推导出解析表达式的关联函数，生存概率和寿命的气泡弛豫动力学。结果表明，当a^N << 1（N为气泡大小，a为碱基对开合速率之比）时，该模型的连续半无限极限能很好地逼近精确结果.
2004-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unzipping DNA from the condensed globule state--Effects of unraveling
我们从理论上研究了双链DNA在外力作用下从凝聚态球中解链的过程。在恒定力作用下，我们发现对于同源和异源双链DNA序列，在临界力Fc下双链DNA解链，解链单体数M为M~（Fc-F）^{-3}。这与从伸展卷曲状态解链的情况不同，在伸展卷曲状态下解链的单体的数目M为M~（Fc-F）^{-chi}，其中指数chi是1或2，这取决于双链DNA序列是同源的还是异质的。在解压缩的情况下，在恒定的延伸，我们发现，对于一个双链DNA与一个非常大的数量N的碱基对，力保持几乎恒定的延伸的函数，在解开过渡，在该力突然下降到零。就在解开转变时，凝聚球态中剩余的碱基对数量仍然很大，为N^{3/4}，这与被外力拉伸的聚合物的解开转变的理论预测一致。
2006-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Distribution Functions, Loop Formation Probabilities and Force-Extension Relations in a Model for Short Double-Stranded DNA Molecules
本文用传递矩阵方法得到了短双链DNA分子的端-端距离分布函数$P(R)$、成环概率和力-伸展关系。考虑到“气泡”的出现，与热平衡中双链DNA的几个碱基对的打开相关的增强柔性的局部区域导致$P(R)$的急剧变化和不寻常的力-延伸曲线。提出了存在气泡时回路形成概率的解析公式。对于短{ \em异质}链，我们证明了一个很强的依赖性，在最近的实验中看到的循环形成概率的序列。
2005-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Efimov like phase of a three stranded DNA (Efimov-DNA) and the renormalization group limit cycle
已知仅具有短程碱基配对的三链DNA表现出量子Efimov效应的经典类似物，即，在两个链熔点处的三链结合状态，其中没有两个链结合。利用非微扰重整化群方法研究了刚性双链DNA和柔性第三链DNA在碱基配对和链交换作用下的相互作用，证明了Efimov-DNA与有效三链相互作用流的极限环型行为有关.分析还表明，热产生的气泡在产生效果中起着至关重要的作用。一个玩具模型的流动方程显示了极限环在一个扩展的三维参数空间的两链耦合和一个复杂的三链相互作用。
2015-04-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech quant-ph
Comment on "Monomer Dynamics in Double- and Single-Stranded DNA Polymers"
讨论了Shusterman等人[Phys. Rev. Lett. 92，048303]对于长的dsDNA不是Rouse聚合物，事实上，大分子的行为（近似）为Zimm聚合物。
2005-09-15 cond-mat.soft
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
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
A Model for Double-Stranded Excitations of DNA
我们计算的扭转振动的双链结构，模型的DNA的双螺旋的频谱。我们得出的结论是，在框架内的模型基本激发可能会显示一个不对称的绕组和方向的传播，取决于初始极化。这种不对称性可能与DNA分子中发生的过程有关。
1999-11-03 cond-mat.soft q-bio
Shear unzipping of double stranded DNA
提出了一个简单的非线性标量位移模型来计算剪切力对双链DNA（dsDNA）分子的作用分布以及使分子的两条链分离所需的剪切力$F_c$的大小.它示出，只要力拉在其应用的方向上的整个股的值$F_c$线性地依赖于长度;从线性行为的偏差发生时，一个股的一部分在相反的方向上移动的影响下的力作用在其他股。作为dsDNA分子长度的函数的$F_c$的计算值与Hatch等人的实验值非常一致（Phys. Rev. $\bf 78$，011920（2008））。
2011-08-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Systematic Coarse-Graining of Sequence-Dependent Structure and Elasticity of Double-Stranded DNA
本文提出一种将碱基对步阶级序列依赖DNA模型系统化粗粒化至2–40 bp尺度的解析框架与软件，可保留结构和动力学特征并支持持久长度、扭转刚度及螺旋DNA模拟。
2024-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Translocation of a Single Stranded DNA Through a Conformationally Changing Nanopore
我们调查易位的单链DNA通过一个孔之间波动的两种构象，使用耦合的主方程。计算易位过程的第一通过时间（FPT）的概率密度函数，显示三重峰、双峰或单峰行为，这取决于构象之间的相互转化率、施加的电场和初始条件。的FPT的累积概率函数，在一个无场的环境中，示出有两个制度，其特征在于快速和缓慢的时间尺度。的平均第一次通过时间的易位过程的解析表达式的推导，并提供，除了相互转化率，广泛的易位过程的表征。实验观察的关系进行了讨论。
2004-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
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
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
Investigation of a new conformation of double stranded DNA
已经提出，从5-5端过度拉伸双链DNA将产生新的dsDNA纤维形式，其比已经提出的当dsDNA从3-3端过度拉伸时产生的S形式更窄。我们提出了第一次比较的结构时，双链DNA是过度拉伸从5-5，3-3，和3-5端，并表明，过度拉伸形式的稳定性取决于两端的力被施加。稳定性还强烈依赖于离子环境以及与ssDNA结合的试剂的存在。
2008-06-04 cond-mat.soft
Ion assisted structural collapse of a single stranded DNA: a molecular dynamics approach
带负电荷的核酸的结构和动力学与带相反电荷的抗衡离子的浓度和电荷密切相关。众所周知，DNA的结构崩溃在额外的盐的存在下是有利的，额外的盐是过量的带相反电荷的离子的来源。在这样的条件下，单链DNA采用折叠的卷曲样构象，通常以堆叠碱基对为特征。使用原子分子动力学模拟，我们证明，在额外的二价盐（MgCl 2）的存在下，单链DNA（Dickerson德鲁十二聚体）最初崩溃，然后扩大随着盐浓度的增加。这是由于过充电诱导的DNA链溶胀，这是较高二价盐浓度下的主导因素。简而言之，我们的模拟显示了在二价盐的存在下，非顺序碱基堆积和过度充电如何与单价盐不同地竞争和影响单链DNA动力学。
2015-08-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Unzipping Kinetics of Double-Stranded DNA in a Nanopore
我们研究了双链DNA单分子的解链动力学，通过将其两条链中的一条拉过狭窄的蛋白质孔。PCR分析第一次直接证明了DNA在这样的系统中解压缩。解压缩每个分子的时间是从DNA穿越的离子电流特征推断出来的。在各种实验条件下解链时间的分布符合一个简单的动力学模型。使用该模型，我们估计解压缩的焓垒和孔中核苷酸的有效电荷，这比以前假设的要小得多。
2003-05-02 cond-mat.soft q-bio
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
A model for the force stretching double-stranded chain molecules
我们修改和扩展了最近开发的统计力学模型，用于预测具有非共价双链构象的链分子的热力学性质，如在RNA或ssDNA中，和蛋白质中的$β-$片，包括在一个典型的单分子实验中的分子一端的恒力拉伸。基于聚合物图论方法计算了链的双链区域的构象[S-J. Chen和K. A. Dill，J. Chem. Phys. { \bf 109}，4602（1998）]，而未配对的单链区域被视为自我回避行走。序列依赖性和排除体积相互作用被明确考虑。两类构象，发夹和RNA二级结构进行了探讨。对于发夹构象，精确地列举了对应于不同类型的双链区域的所有可能的端到端距离。对于RNA二级结构构象，结合二级结构和末端-末端分布，推导了一个新的递推公式。使用该模型，我们调查的延伸力曲线，接触和人口分布和再进入现象，分别。我们发现发夹构象和二级结构构象的均质链拉伸力有很大的不同：发夹构象的解折叠是两态的，而二级结构构象的解折叠是一态的。此外，重入跃迁仅存在于发夹构象中，而在二级结构构象中未观察到。
2002-12-12 cond-mat.soft q-bio
Statistical mechanics of coil-hairpin transition in a single stranded DNA oligomer
建立了一个自吸引约束下的自回避行走模型，用于描述短RNA或单链DNA分子形成发夹结构时的构象行为，并通过计算N个单体组成的链在二维和三维空间中所有可能的构象来计算螺旋-发夹转变的性质.链的第一个和最后五个单体已经被允许配对并形成发夹结构的茎，而剩余的单体可以形成环。线圈-发夹转变为一级相变，具有较大的熵变。虽然发现发夹茎的解链速率与环的长度和空间的维数无关，但闭合速率随环的长度和空间的维数而变化很大。
2007-01-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Effect of shear force on the separation of double stranded DNA
利用Langevin动力学方法模拟了不同温度下剪切力对短双链DNA断裂的影响。结果表明，断裂力随链长的增加而线性增加，并趋于与实验一致的渐近值。这些曲线的定性性质对于不同的温度几乎保持相同，但力发生了变化。我们观察到三种不同的制度下的剪切力的共价键（骨干）的延伸。
2012-08-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Single Stranded DNA Translocation Through a Fluctuating Nanopore
研究了单链DNA（ssDNA）在两种构象之间波动的孔道中的易位，采用耦合主方程（ME）。计算易位过程的第一通过时间（FPT）的概率密度函数（PDF），根据系统参数显示三峰、双峰或单峰行为。推导出了易位过程的平均首次通过时间（MFPT）的解析表达式，并提供了易位过程的广泛表征。
2005-01-15 cond-mat.soft q-bio.SC
On the origin of the unusual behavior in the stretching of single-stranded DNA
力延伸曲线（FEC）量化了各种生物分子对机械力（$f$）的响应，通常使用蠕虫状链（WLC）或自由连接链（FJC）模型进行定量拟合。这些模型预测，由轮廓长度归一化的链延伸$x$在小$f$下线性增加，并且在高力标度下线性增加为$x \sim (1 - f^{-α})$，其中对于WLC，$α$ = 0.5，对于FJC，$α$ = 1。相比之下，ssDNA的实验表明，在$f$和离子浓度的范围内，$x$按比例缩放为$x\sim\ln f$，这不能用WLC或FJC模型来解释。使用理论和模拟，我们表明，这种不寻常的行为在FEC中的ssDNA是由于序列独立的双链效应。我们发现，$x\sim \ln f$的出现，因为在没有力的正切关联函数，量化链持久性，代数衰减的顺序上的德拜长度的长度尺度。我们的理论，这是最合适的单价盐，定量拟合的实验数据，并进一步预测，这样的制度是不可辨别的双链DNA。
2012-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
Bubble dynamics in double stranded DNA : A Rouse chain based approach
我们提出了一个双链DNA局部变性区（气泡）的波动动力学模型。在我们的公式中，DNA链被建模为一个一维的劳斯链限制在两端。当链的横向位移达到一个临界值时，气泡形成。这个简单的模型有效地再现了自相关函数的标记的碱基对的DNA链中所测量的种子单分子实验Altan-Bonnet等。al（Phys. Rev. Lett. 90，138101（2003））。虽然我们的模型在数学上类似于Chatterjee等人提出的模型（J.Chem.Phys.127，155104（2007）），但它通过将链动力学通过受限的Rouse链结合而超越了单个反应坐标描述，从而考虑了动力学的集体性质。我们的模型还表明，自相关函数是非常敏感的正常模式的链的弛豫时间，这是显而易见的，因为气泡的波动动力学有来自不同的正常模式的链的贡献。
2010-10-26 cond-mat.soft
Addendum to "Monomer motion in single- and double-stranded DNA coils" [arXiv: cond-mat/0509399]
在我们的工作中[J. Tothova等人，cond-mat/0509399]使用荧光相关技术首次观察到单个聚合物单体的动力学[R. Shusterman等人，物理修订信函92，048303（2004）]已经在联合Rouse-Zimm理论内被解释。优化理论的实验数据的唯象参数的双链和单链DNA的普遍行为和主导类型的动力学的物理力学描述已被确定。最近，这些数据已被修正[R. Shusterman等人，物理修订信函98，029901（2007）]。在本附录中，提出了理论与新数据的拟合。我们先前工作的主要结论仍然没有改变。此外，新的数据允许一个显着更好的协议与理论比以前的。
2007-01-22 cond-mat.soft
Translocation frequency of double-stranded DNA through a solid-state nanopore
固态纳米孔是单分子传感器，当带电聚合物（如DNA）通过时，其测量离子电流的变化。在这里，我们提出了全面的实验上的长度，电压和盐的依赖性的双链DNA易位的频率通过圆锥形的石英纳米孔与平均开口直径为15 nm。我们观察到一个熵垒有限的，长度依赖的易位频率在4M氯化锂盐浓度和漂移为主，长度无关的易位频率在1M氯化钾盐浓度。这些观测结果描述了一个统一的对流扩散方程，其中包括一个熵的聚合物进入障碍的贡献。
2016-01-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Sequence-dependent spin-selective tunneling along double-stranded DNA
我们报告了电子沿天然和人工双链DNA（dsDNA）夹在双链导线的自旋选择性隧穿。结果表明，自旋极化强烈依赖于dsDNA序列，并由它的末端段占主导地位。基因组和人工dsDNA都可以是有效的自旋过滤器。自旋过滤效应对发生在末端片段的点突变敏感。这些结果与最近的实验结果非常一致，并且对各种类型的无序具有鲁棒性，可以帮助设计基于DNA的自旋电子器件。
2012-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
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
Nonlinear waves in double-stranded DNA
我们提出了一个基于第一性原理的非线性模型来描述DNA的气泡动力学。我们的模型方程包括来自分子间振动模式的耗散效应的一项。这种模式是由传播的气泡激发的，我们称之为“曲率耗散”。我们推导的方程允许稳定的钉扎局部扭结形成的气泡。我们进行的稳定性分析，并指定本地化的解决方案的运动的能量要求。我们的研究结果与DNA动力学的性质是一致的，并可用于变性气泡，RNA和DNA转录，核苷酸切除修复和减数分裂重组的模型。
2004-12-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Cooperativity-Dependent Folding of Single-Stranded DNA
生物大分子的折叠是一个基本的过程，我们缺乏充分的理解。主要在蛋白质和RNA中研究，单链DNA（ssDNA）也在生理盐条件下通过形成难以用生物物理技术表征的非特异性二级结构折叠。在这里，我们提出了一个螺旋线圈模型的二级结构的形成，ssDNA碱基组织在两种不同类型的域（紧凑和自由）。该模型包含两个参数：在一个紧凑的域，$ε$，每个基地的能量增益和协同相关的不同域之间的界面能，$γ$。我们测试了该模型的能力，以量化的ssDNA分子的二级结构的形成与光学镊子机械拉伸。该模型再现了不同分子长度和不同钠和镁浓度的ssDNA的实验力-延伸曲线。盐校正效应的能量紧凑的结构域和界面能被发现是兼容的DNA杂交。该模型还预测了折叠自由能和平均尺寸的域在零力，找到良好的协议与二级结构的预测Mfold。我们设想该模型可以进一步扩展到研究RNA和蛋白质中的天然折叠。
2021-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Relaxation of DNA curvature by single stranded breaks: Simulations and experiments
最近提出的压缩骨架理论表明，DNA中的固有曲率可能是由特定骨架长度和最佳碱基堆积方向之间的几何失配引起的。它预测，在A束重复的曲率可以通过引入单链断裂（切口）放松。这种效应以前没有被测试过，也不能用DNA弯曲的替代模型来解释。在这里，在一个专门设计的一系列切口DNA片段的曲率进行了测试实验，凝胶迁移率测定，同时，通过自由分子动力学模拟。单链断裂对随机序列DNA的凝胶迁移率几乎没有影响。与此相反，切口A-道片段揭示了一个规则的调制曲率取决于相对于整体弯曲的链断裂的位置。当切口出现在A束内时，观察到最大松弛。模拟结果部分再现。计算弯曲的DNA构象的分析揭示了一组糖原子，表现出减少的骨架长度内的A-道，这可以对应于压缩假说。
2003-11-06 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Stretching force dependent transitions in single stranded DNA
DNA的机械性质，特别是它们的拉伸依赖性延伸和它们的环形成特征，已经被认为是用于理解它们在活细胞中所起的可能的生化作用的有效探针。单链DNA（ssDNA），直到最近还被认为是一种简单的柔性聚合物，继续引发惊喜。合成的ssDNA，如polydA（聚脱氧腺苷），已经揭示了一个有趣的力延伸（FX）行为，表现出两个平台，在polydT（聚脱氧胸苷），例如不存在。polydA的闭环时间也被发现与温度成反比呈指数关系，这与均聚物的通用模型是出乎意料的。在这里，我们提出了一个新的模型polydA，其中包括一个螺旋线圈过渡和过度拉伸过渡，占两个高原。利用传递矩阵计算和蒙特卡罗模拟，我们表明，该模型再现了不同的实验观察，定量。它还预测了有趣的重入行为的温度延伸特性的polydA，这还有待实验验证。
2012-03-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A Single Nucleotide Resolution Model for Large-Scale Simulations of Double Stranded DNA
提出了一种单核苷酸水平的双链DNA介观模型，保留螺旋结构并支持高达一百万碱基对的大规模并行模拟，其行为与单分子实验相符，并给出了线性DNA变性动力学结果。
2016-08-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Dynamics of a double-stranded DNA segment in a shear flow
我们研究了双链DNA（dsDNA）片段的动力学，作为一个半柔性聚合物，在剪切流中，其强度通常表示在无量纲Weissenberg数Wi。众所周知，剪切流中的聚合物链经历翻滚运动。当链的长度远小于持续长度时，人们会认为（半柔性）链会像刚性杆一样翻滚。在低Wi下，短于持久长度的聚合物链段确实作为刚性棒翻滚。然而，对于更高的Wi，链不翻滚作为刚性杆，即使聚合物链段短于持续长度。特别地，聚合物链段可以不时地呈现屈曲形式，这是通常称为欧拉屈曲的现象。使用可扩展dsDNA片段的珠弹簧哈密顿模型，我们首先分析欧拉屈曲的定向确定性状态（ODS），这是通过关闭随机（热）力在一个固定的方向链的动力学方程的稳态解。ODS在临界Weissenberg数Wi $_{\text c}$处表现出对称性破缺，类似于动力系统中的干草叉分叉。然后，我们跟进的分析与模拟，并在计算机实验中演示对称性破缺，其特征在于由单峰双峰变换的概率分布的第二劳斯模式与增加Wi。我们的模拟表明，剪切可以导致强烈的变形链，是短于其持久性长度，类似于最近的实验观察。
2016-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Monomer motion in single- and double-stranded DNA coils
柔性聚合物在稀溶液中的动力学通常用纯Rouse或Zimm珠-弹簧模型来描述，该模型假设内部弛豫模式的连续分布。我们表明，这种方法可能会导致误导的实验数据的解释。更正确的描述应该来自联合Rouse-Zimm（RZ）理论，该理论包含Rouse和Zimm模型作为极限情况。内部模式相对于模式数是离散的，并且珠运动的类型在时间上从Rouse行为改变为Zimm行为。我们证明了这一解释最近首次观察到的动力学的个别聚合物单体使用荧光相关技术[R。Shusterman等人，物理修订信函92，048303（2004）]。优化RZ理论的双链和单链DNA线圈（dsDNA和ssDNA）的数据，这些聚合物的行为的物理力学描述的参数已被确定。计算表明，dsDNA主要遵循经典的Zimm型动力学，而不是Rouse一个，因为它最初提出的。单链DNA也主要表现为Zimm聚合物。对于dsDNA，库恩长度与文献中普遍接受的值一致，而在ssDNA的情况下，库恩长度的值比文献中通常引用的值大得多。
2005-09-15 cond-mat.soft
High temperature unfolding simulations of a single stranded DNA i-motif
我们提出了高温500 K分子动力学模拟的DNA i-模体的结果。的基本动力学和主要的去折叠途径进行了比较，在300 K的偏置metadhesics模拟。我们的结果表明，在两种温度下的协同运动非常一致。这种转变可以用几个特征向量来描述，这表明它是一个简单的展开过程。在500 K下解折叠的两种主要机制与300 K下的模拟结果吻合较好。
2011-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-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
Multi-plectoneme phase of double-stranded DNA under torsion
我们利用蠕虫链模型研究了DNA在张力和扭矩作用下的超螺旋。该模型再现了更广泛的力，盐浓度和轮廓长度比以前的方法的实验数据。我们的理论表明，第一次，系统的行为是如何控制的多plectoneme阶段在很宽的参数范围。这一阶段不仅会影响转向延伸曲线，而且会导致plectonemic阶段的非恒定扭矩。从以前的模型和实验数据之间的不一致的缺点是解决在我们的理论，而不需要可调参数。
2012-04-09 cond-mat.soft q-bio.BM
Multi-plectoneme phase of double-stranded DNA under torsion
我们利用蠕虫链模型研究了DNA在张力和扭矩作用下的超螺旋。该模型再现了广泛的力，盐浓度和轮廓长度的实验数据。我们发现一个平面的一阶相变结束在一个模糊的线的临界点，多plectoneme阶段，其特征在于由快速扭转介导的扩散plectoneme和扭矩上升后，plectoneme形成与连接数增加。这一新相的发现同时解决了现有模型与实验之间的差异。
2013-07-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Monte Carlo implementation of supercoiled double-stranded DNA
采用Metropolis蒙特卡罗模拟研究了双链DNA在扭转应力作用下的弹性，其中扭转和超螺旋是碱基堆积相互作用和DNA互补碱基间形成的氢键约束的主链弯曲的自然结果.在拉伸-扭转和/或力-拉伸曲线中发现了三个明显的区域：低力区域，在该区域中，过缠绕和欠缠绕分子在拉伸下的行为相似;中等力区域，在该区域中，负超螺旋和正超螺旋DNA都出现手性，而欠缠绕分子的拉伸对聚合物的超螺旋程度不敏感;和一个大的力量制度，其中plectonemic DNA完全转化为扩展的DNA和超螺旋DNA的行为很像一个无扭转分子。扭转拉伸DNA的理论计算和最近的实验测量之间的惊人一致性[Strick et al.，Science { \bf 271}，1835（1996），Biophys. J. { \bf 74}，2016（1998）]强烈表明，碱基堆积相互作用和永久氢键约束之间的相互作用在理解超螺旋DNA聚合物的弹性的新性质中起重要作用。
1999-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Unfolding mechanism and the free energy landscape of a single stranded DNA i-motif
我们提出了分子动力学模拟的单链非质子化DNA的i-模体在明确的溶剂。我们的研究结果表明，在非酸性溶液中，在300 K的天然结构是不稳定的，完全消失的时间尺度高达10 ns。两个解折叠机制与最初相互作用的核碱基之间的连接性降低，可以确定其中一个途径的特征在于熵更有利。熵偏好主要可以通过路径上几种出现的结构的氢键产生的强水有序效应来解释。最后，我们能够通过自由能计算表明，最稳定的配置属于不同的发夹结构，与实验结果吻合良好。
2011-05-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
General criterion for controllable conformational transitions of single and double stranded DNA
溶液中的链状大分子，无论是生物的还是合成的，在温度或溶剂性质改变时从空间延伸构象转变为紧凑构象。这种急剧的转变在各种现象中起着关键作用，包括DNA缩合、蛋白质折叠和聚合物溶液的行为。在生物过程中，如DNA缩合，崩溃是敏感地诱导少量添加的分子。在这里，我们推导出一个一般标准的影响，这样的代理商的构象转变。我们发现两种不同的情况下，取决于链刚度。如果持续长度--链保持其方向的特征距离--小于由代理诱导的吸引相关性的范围（通常高达几纳米），则链逐渐收缩。较硬的链条会发生急剧的崩溃。因此，我们认为，双链DNA的刚性增强相比，单链是一个先决条件，尖锐的，可控的构象转变。
2001-09-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
On the possibility of electronic DNA nanobiochips
我们已经考虑了作为一个理论上的可能性的纳米生物芯片的工作原理是基于测量电导的单链和双链DNA的发展。计算表明，在大多数情况下，双链核苷酸的电导大大超过单链核苷酸。所获得的结果与最近的实验测量寡核苷酸电导。已经表明，含有11个核苷酸对的电子生物芯片将识别大约97%的序列。还已经证明，可识别序列的百分比将随着序列长度而增长。
2013-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Kinetics of double stranded DNA overstretching revealed by 0.5-2 pN force steps
对双链DNA构象可塑性的详细描述是理解蛋白质-DNA相互作用的必要框架。然而，到目前为止，从ds-DNA的基本构象（B状态）到1.7倍长和部分解绕构象（S状态）的转变的结构和动力学尚未被定义。在此，使用双激光光镊以前所未有的分辨率测量了双链噬菌体的ds-DNA的力-延伸关系，该双激光光镊可以施加0.5-2 pN（25 C）的毫秒力阶跃。这种方法揭示了双链DNA中间态之间的过渡动力学，并揭示了单一反应步骤的速率常数的负载依赖性。DNA过度拉伸跃迁本质上是一个由5.85 nm台阶组成的两态反应，表明约25个碱基对的协同性。这种机制将单一反应的自由能增加到~94 kBT，解释了DNA基本构象的稳定性，并解释了平衡时力-延伸关系中没有滞后现象。对双链DNA的B-S跃迁的动力学和能量学的新描述提高了我们对S态在DNA-蛋白质机器的力学和酶学之间相互作用中的生物学作用的理解。
2011-03-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Measurement of the Phase Diagram of DNA Unzipping in the Temperature- Force Plane
我们通过在15 ° C至50 ° C的恒定温度下施加固定的力来分离双链λ噬菌体DNA，并测量分离两条链所需的最小力，提供了在温度-力平面中单链DNA和双链DNA之间的相边界的第一次实验测定。测量还提供了在没有力的情况下dsDNA不热变性的温度下dsDNA的自由能的信息。虽然部分相图可以用现有的模型和自由能参数来解释，但其他的偏离很大。理论和实验之间的偏差的可能原因被认为是。
2003-10-27 cond-mat.soft 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
Bending and Base-Stacking Interactions in Double-Stranded Semiflexible Polymer
推导了双链半柔性生物聚合物（如DNA和肌动蛋白）的弯曲能和碱基堆积能的简单表达式。通过变分求解薛定谔方程，得到了两股之间的折叠角分布。基于该模型的DNA链的伸长与力和伸长与超螺旋度关系的理论结果与Cluzel { \it et al.}的实验结果符合得很好。[Science { \bf 271}，792（1996）]，Smith { \it et al.} [{ \it同上} { \bf 271}，795（1996）]和Strick { \it等人} [{ \it同上} { \bf 271}，1835（1996）]。
1998-11-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stacking correlation length in single-stranded DNA
本研究利用光镊对短嘌呤序列进行解链实验并提出螺旋-线圈模型，测量了单链DNA的堆积能与相关长度，发现双螺旋稳定性主要源于碱基堆积。
2024-11-17 cond-mat.soft
Comment on "Theory of high-force DNA stretching and overstretching"
最近Storm和Nelson [1]（Phys.Rev.E67，51906（2003））引入了离散持久链模型，该模型同时具有自由连接链（FJC）和蠕虫状链（WLC）模型的特征。他们的论文中的方程（20）仅在大l（余辉长度与单体长度之比）的特殊情况下是正确的。这种特殊情况是不必要的，因为一般情况也同样容易研究。在一般情况下，我们得到了对所有参数l值都正确的力延拓关系式。这个力延伸关系在小的l处简化为FJC结果，在大的l处简化为WLC结果。在较小的力下，其减少到Rosa等人的结果（cond-mat/0307015）。
2004-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
