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
Electronic parameters for the hole transfer in DNA duplex oligomers
我们报告我们的计算内球重组能和相互作用的π轨道内DNA寡聚体。在（A-T）n和（G-C）n寡聚体中，随着DNA结构中序列数n的增加，链内碱基的最高和次高占据碱基轨道之间的电子耦合呈指数下降。我们的结论是，对于现实的估计的DNA分子内的核碱基之间的电子耦合值，一个DNA链包含至少四个碱基对是必需的。我们估计了（A-T）n和（G-C）n寡聚体（n=1-6）中碱基对由于氧化而产生的几何弛豫。内球重组能的降低与参与氧化过程的低聚物结构的伸长已被观察到。核碱基结构的几何松弛的最大程度和相应的较高的电荷密度在氧化态被发现位于靠近低聚物中心。
2007-03-28 cond-mat.soft
Metropolis simulations of the manipulation of DNA strands in solution
这篇论文已被作者撤回。
2007-08-24 cond-mat.other cond-mat.soft
Pores in a two-dimensional network of DNA strands - computer simulations
在二维三角格子上模拟了DNA链随机网络的形成。我们研究了网络中孔隙的尺寸分布。结果解释内Bethe格上的渗流理论。
2006-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
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
Melting behavior and different bound states in three-stranded DNA models
DNA的热变性经常用粗粒模型来研究，其中天然连续碱基配对通过仅在沿着链的相同位置处的单体之间存在吸引力相互作用来模拟（波兰和Scheraga模型）。在此框架内，在双链体DNA将处于变性状态的条件下，三链DNA结合状态的存在最近从简化的分级晶格（$d>2$）和$1+1$维度上的三个定向聚合物模型的研究中预测。这种类似于核物理学中埃菲莫夫效应的现象被称为埃菲莫夫-DNA。在本文中，我们研究了尺寸为$d<2$的Sierpinski垫片上的三链DNA的熔化，通过分配额外的权重因子到叉的开口和闭合，以诱导双链DNA熔化。在这样的背景下，我们可以再次发现Efimov-DNA样状态的存在，但令人惊讶的是，我们还发现了一种不同的相的存在，称为混合状态，其中链是成对结合的，但没有三个链接触。而Efimov DNA原来是一个交叉附近融化，混合相是一个热力学相。
2014-01-21 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
Rotation-induced macromolecular spooling of DNA
遗传信息存储在碱基对的线性序列中;然而，热波动和复杂的DNA构象（如折叠和环）使得订购基因组材料进行体外分析具有挑战性。在这项工作中，我们发现，旋转诱导的大分子缠绕的DNA周围的旋转微丝可以单调地命令基因组碱基，克服了这一挑战。我们使用单分子荧光显微镜直接可视化长DNA链变形和伸长的剪切流附近的旋转微丝，在协议与数值模拟。虽然观察到未拴系的DNA大幅伸长，但与我们的理论和数值模拟一致，通过引入拴系，DNA的强延伸成为可能。对于拴系聚合物的情况下，我们表明，增加的旋转速率可以确定性地线轴的链的相当大的一部分成一个完全拉伸，单列构象。当应用于DNA时，尽管熵增加，但在微丝表面上顺序排列的遗传信息的分数将随着轮廓长度而增加。这种处理长链DNA的能力与用于测序和绘图的现代DNA样本制备技术形成鲜明对比，后者通常仅限于相对较短的链，导致重建基因组面临挑战。因此，除了发现新的旋转诱导的大分子动力学，这项工作启发了新的方法来处理基因组长度的DNA链。
2017-06-06 cond-mat.soft
Softening of DNA near Melting as Disappearance of an Emergent Property
在熔融转变附近的弯曲弹性常数，$κ$，双链DNA（dsDNA）的一个新兴的属性，被证明不遵循棒状缩放小长度$N$。$κ$随温度的降低由连续转变的变性气泡确定，例如，当两股为高斯型时，但对于排除了体积相互作用的股，在一级跃迁时，在开口端附近的Y型构型中的断裂键。在后一种情况下，杠杆规则是可操作的，这意味着相共存，尽管已知dsDNA是单相。
2020-11-11 cond-mat.soft
Model for Assembly and Gelation of Four-Armed DNA Dendrimers
我们介绍和数值研究的模型，旨在模仿大量的行为组成的单链DNA树状聚合物的系统。不同链的碱基序列的互补性导致形成强合作的分子间连接。我们发现，在一个非常狭窄的温度范围内，该系统通过热可逆凝胶转变形成一个大规模的，低密度的无序网络。通过控制链的长度，凝胶转变温度可以任意接近渗滤转变，与最近的模型系统的物理凝胶化。这项研究有助于理解这类新型生物材料的自组装，并在物理和化学凝胶之间提供了一个很好的桥梁。
2005-12-12 cond-mat.soft
The First and Second Variation of the Total Energy of Closed Duplex DNA in Planar Case
DNA的形状主要取决于它的总能量$F$。用经典的变分法：取第一能量变分$δ^{(1)}F=0$，得到相应的平衡形状方程。这里我们不仅给出了平面情形下的第一种变式$δ^{(1)}F$，而且给出了第二种变式$δ^{(2)}F$。同时，得到了DNA的一般形状方程，纠正了[Zhang，\emph{et al} . { \it Phys. Rev. E} { \bf 70} 051902（2004）]中指出。
2009-05-21 cond-mat.other cond-mat.soft
DNA nanotweezers studied with a coarse-grained model of DNA
我们介绍了一个粗粒度的刚性核苷酸模型的DNA，重现短链的基本热力学：双链杂交，单链堆叠和发夹的形成，也捕捉到DNA的基本结构特性：螺旋间距，持久性长度和扭转刚度的双链分子，以及比较灵活的非堆叠单链。我们应用该模型来计算详细的自由能景观的一个完整的周期的DNA“镊子”，一个简单机械驱动的杂交和链置换。
2009-11-03 cond-mat.soft physics.bio-ph 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
A lattice polymer study of DNA renaturation dynamics
DNA复性是两条互补单链重组形成双螺旋。实验上已知，复性通过几个碱基对的双链核的形成（限速步骤）进行，随后是快得多的拉链化。我们考虑一个晶格聚合物模型进行劳斯动力学和专注于两个扩散股的成核。我们数值研究了各种成核速率对链长和附加的局部成核势垒的依赖关系。当局部势垒足够高时，所有考虑的复性速率都与Kramers速率理论预测的长度成比例，并且也与实验一致：它们的缩放行为由描述聚合物平衡性质的指数决定。当局部势垒降低时，复性发生在真正的非平衡行为的区域中，并且缩放偏离速率理论预测。
2010-02-25 cond-mat.soft
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
Dynamical transition in translational and rotational dynamics of water in the grooves of DNA duplex at low temperature
我们用分子动力学模拟方法模拟了DNA双链体凹槽中水的结构和动力学。我们发现一个动态的转变在两个平移和定向动力学的水分子的DNA双链体的主要和次要凹槽的签名。该转变发生在比本体水被脱水以经历动态转变的温度（$T_L\approx$ 247 K）稍高的温度（$T_{GL} \approx $ 255 K）。然而，槽水，表现出显着不同的温度依赖性，其性质从散装。熵计算表明，小沟水在室温下也是有序的，在$T \approx$ 255 K时的相变可以表征为{ \em强-强}动力学相变.低温水的特征在于明显的四面体有序，如在O-O-O角分布中$109^{\circ}$附近急剧上升所示。我们发现，亚当斯-吉布斯之间的关系的构型熵和平移扩散持有相当不错，当这两个量一起绘制在一个主图的不同区域的水相DNA双链体（散装，主要和次要凹槽）在不同的温度。水分子在DNA不同区域之间转移的活化能与温度无关。
2008-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Bubble Statistics and Dynamics in Double-Stranded DNA
在Peyrard-Bishop-Dauxois模型的框架下，利用Langevin动力学方法研究了双链DNA的动力学性质。我们的模拟进行了分析，在两个概率函数描述相干本地化分离（“气泡”）的双链。我们发现，由此产生的气泡分布是更尖锐的峰值比发现在活跃的网站中获得的分布。我们的分析归因于这样一个事实，即气泡的寿命显着影响的分布函数。我们发现，某些碱基对序列促进长寿的泡沫，我们认为，这是由于存在于系统中的非线性和无序之间的长度尺度竞争。
2006-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
DNA hairpins primarily promote duplex melting rather than inhibiting hybridization
二级结构对DNA双链体形成的影响知之甚少。我们使用DNA的粗粒度模型表明，特定的3个和4个碱基对发夹结构分别将杂交率降低了2倍和10倍，与实验完全一致。相比之下，熔化速率加快了约100和约2000倍。这种令人惊讶的大加速发生，因为发夹形成在熔化过程中，稳定部分熔化状态，并促进解离。这些结果可能有助于指导DNA装置的设计，使用发夹来调节杂交和解离途径和速率。
2014-08-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Force-induced rupture of a DNA duplex
DNA双链断裂是生物物理学和纳米技术中的一个关键过程。在这篇文章中，我们认为剪切诱导断裂的短DNA双链体，一个系统，最近设计的力传感器和纳米技术设备已被赋予新的重要性。我们认为，断裂必须被理解为一个激活的过程中，双链体状态是亚稳态和链将在有限的时间内，这取决于双链体的长度和施加的力分开。因此，在给定的实验中破裂双链体所需的临界剪切力强烈地依赖于观察的时间尺度。我们使用简单的DNA模型来证明，这种方法自然捕捉到实验观察到的依赖性的临界力双链体长度为一个给定的观察时间。特别是，对于最短的双链体，临界力为零，然后急剧上升，然后在长长度限制中趋于平稳。基于鉴定双链体内每个额外碱基对的存在何时在化学上不利而不是允许亚稳性的流行方法，不预测时间尺度依赖性临界力，并且不自然地并入最短双链体的零临界力。此外，最近提出的力传感器的动机，我们调查的应用程序的应力，以一个混合模式，剪切和解压缩之间的插值双工。与纯剪切一样，临界力取决于观察的时间尺度;在固定的时间尺度和双链体长度下，临界力对受到剪切的双链体的分数表现出S形依赖性。
2015-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Partition function of a bubble formed in double stranded DNA
通过考虑两个给定长度的单链DNA（ssDNA）系统的可能构型的总权重和位置矢量{\bf r}的分布函数，计算了嵌入双链DNA（dsDNA）中的气泡配分函数的熵部分它将双链DNA中气泡的两个拉链叉分开。对于位置矢量{ \bf r}的分布函数，我们使用从蠕虫状链模型中找到的给定长度的dsDNA链的端到端矢量{ \bf r}的分布。我们表明，当形成气泡的链被假定为高斯的所谓的环闭合指数$c$是3，当我们进行校正，包括在每个链的自我回避的值$c$变为3.2。
2009-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Dynamics of a bubble formed in double stranded DNA
研究了双链DNA中标记碱基对的涨落动力学。我们用描述碱基对水平相互作用的势模型计算了作用在标记碱基对上的漂移力，并以此建立了Fokker-Planck方程，计算的位移自相关函数与Altan-Bonnet { \it et. al.}物理修订信函{ \bf 90}，138101（2003）在测量的整个时间范围内。我们计算最可能的位移，主要是有助于自相关函数和这些位移的半时历史。
2008-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Generalized Poland-Scheraga model for DNA hybridization
用于DNA螺旋-卷曲转变的波兰-谢拉加（PS）模型考虑了两条长度相等的互补DNA链结合（或杂交）的统计力学，其限制是仅允许沿着链具有相同指数的碱基结合。在本文中，我们扩展了这个模型，放松这些限制：我们提出了一个概括的PS模型，它允许绑定的两条链的长度不等的$N_{1}$和$N_{2}$与无关的序列。我们特别研究了（i）错配对互补链杂交的影响（ii）不等长$N_{1}$和$N_{2}$的非互补链（由点突变引起）的杂交。采用Fixman-Freire方法，使算法的计算复杂度从$O(N_{1}^{2}N_{2}^{2})$降低到$O(N_{1}N_{2})$，对几kbps的互补链的模拟结果与PS模型几乎相同.对于长度相等或不等的短链，结合显示出对突变的强烈敏感性。该模型可能与DNA微阵列中的实验方案相关，并且更普遍地与DNA片段的分子识别相关。它还提供了序列比对的物理实现。
2004-10-04 cond-mat.soft q-bio.BM
Force Induced DNA Melting
当沿着轴拉动时，双链DNA经历大的构象变化，并且在约70 pN的拉力下伸长约两倍于其初始轮廓长度。这种高度过度伸展的DNA形式的转变是非常合作的。施加垂直于DNA轴的力（解链），双链DNA也可以分离成两个单链DNA，这是DNA复制的基本过程。我们用全原子分子动力学（MD）模拟方法研究了DNA的过度拉伸和解链转变，并认为与上述过程相关的双链DNA构象变化可以看作是力诱导的DNA解链.随着DNA一端的力增加，DNA在取决于拉动方向的临界力之后开始突然/平滑地熔化。DNA完全熔化的临界力fm随着系统温度的升高而降低。解链情况下的解链力小于沿螺旋轴拉动DNA时的解链力。在通过解链解链的情况下，双链分离具有跳跃，其对应于由于不同碱基对序列而产生的不同能量最小值。Watson-Crick碱基对氢键断裂的分数作为力的函数不显示平滑和连续的行为，并且由平台和随后的急剧跳跃组成。
2008-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of intense, ultrashort laser pulses on DNA plasmids in their native state: strand breakages induced by {\it in-situ} electrons
在水介质中，通过强度为1 - 12 TW cm $^{-2}$的强超短激光脉冲（820 nm波长，45 fs脉冲持续时间，1 kHz重复率）在DNA质粒pBR 322和pUC 19中诱导单链断裂。强激光辐射产生{\it in situ}电子，其诱导超螺旋DNA转化为松弛DNA。电子介导的DNA结构的松弛的程度是量化的。电子和自由基清除剂的引入抑制DNA损伤。
2010-06-02 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Characterizing the bending and flexibility induced by bulges in DNA duplexes
DNA纳米技术的进步刺激了对可用于控制DNA纳米结构性质的简单基序的搜索。一个这样的基序，其已被广泛用于结构，如多面体笼，二维阵列，和带，是一个凸起的双链体，这是两个螺旋段连接在一个凸起环。我们使用一个粗粒度的DNA模型来描述这种凸出的双链体。我们发现，这种基序可以采用属于两个主要类别的结构：一个是在系统中心的螺旋堆叠被保留，几何形状大致是直的，凸起在双链体的一侧，另一个是在中心的堆叠被打破，从而允许这个连接作为铰链，增加灵活性。小环有利于保持双链体中心堆叠的状态，环碱基翻转或并入双链体。具有较长环的双链体显示出更多的倾向于在凸起处解堆叠并采用开放结构。然而，当单链DNA的刚性很大并且环能抵抗压缩时，对于中间长度的环，解堆积的概率最高。这种基本结构基序的性质与某些纳米级物体的结构行为明显相关，其中与较大凸起相关的增强的柔性已用于调整自组装产物以及所得纳米结构的详细几何形状。
2014-12-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
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
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
Hidden complexities in the unfolding mechanism of a cytosine-rich DNA strand
我们通过分子动力学模拟研究了富含胞嘧啶的DNA发夹结构的解折叠途径。我们的研究结果表明，在展开过程中存在一个隐藏的复杂性。我们表明，这种复杂的行为是由于非随机的贡献，有一个重要的影响描述的动态集体变量。
2011-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
DNA driven self-assembly of micron-sized rods using DNA-grafted bacteriophage fd virions
我们已经用寡核苷酸功能化fd噬菌体病毒粒子的侧面，以诱导DNA杂交驱动的高纵横比丝状颗粒的自组装。这种新结构的潜在影响范围从DNA折纸结构中的全新构建块，DNA纳米结构和纳米机器中的病毒体的包含，到向溶致液晶系统添加热致控制的新手段。一个协议生产的病毒体在散装审查。使用异双功能化学接头将硫醇化寡核苷酸连接至病毒衣壳。利用常用的系统，其中粘性单链DNA链连接到惰性双链间隔区以增加颗粒间连接性。携带互补链的fd病毒体的溶液被混合，退火，并使用动态光散射（DLS），荧光显微镜和原子力显微镜（AFM）研究它们的聚集。在冷却时清楚地观察到聚集，具有一定程度的局部有序性，并且当温度通过DNA杂交转变循环时是可逆的。
2014-11-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thermodynamics of site-specific small molecular ion interactions with DNA duplex: a molecular dynamics study
双链DNA（dsDNA）的稳定性和动力学受到小分子单价离子的优先占据的影响。小的金属离子和分子离子如钠和烷基铵在人体内具有重要的生物学功能，影响双链DNA的热力学稳定性并表现出优先结合。本文采用原子分子动力学模拟研究了金属离子（如Na+）和分子离子（如四甲基铵（TMA+）和2-羟基-N，N，N-三甲基乙铵（CHO+））与双链DNA的优先结合。特定分子离子- DNA相互作用的热力学驱动力是通过将结合自由能分解为熵和熵贡献来确定的。我们的模拟表明，这些分子离子中的每一个优先结合到DNA的小沟和结合的程度是最高的CHO+。离子结合过程被发现是熵有利的。此外，还研究了疏水效应对熵稳定化的贡献（在TMA+的情况下）和氢键作用对熵稳定化的贡献（在CHO+的情况下）。
2015-08-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
DNA as a programmable viscoelastic nanoelement
具有重复序列的DNA分子的两条链可以配对成许多不同的碱基配对模式。对于完美的周期序列，Poerschke的早期批量实验表明存在滑动过程，允许不同相对链位置之间的快速过渡[Biophys. 2（1974）83]。在这里，我们使用一个详细的理论模型来研究周期和近周期DNA的碱基配对动力学。正如Poerschke所建议的，DNA滑动是由碱基配对缺陷（凸起环）介导的，它可以沿着DNA扩散。此外，当f大于临界值f_c时，在长度为N的双股钢绞线中，产生一个向外的平均滑动速度v~1/N。相反，如果这些链最初是不对齐的，那么即使受到小于f_c的外力，它们也会重新对齐。这些动力学有效地导致DNA在剪切力下的粘弹性行为，具有通过选择DNA序列可编程的性质。我们发现，少量的突变在周期序列并不能阻止DNA滑动，但在动态响应中引入了时间延迟。我们澄清的时间延迟的机制，并定量描述它的唯象模型。基于我们的研究结果，我们提出了新的动力学作用的DNA在人工纳米器件。这里描述的碱基配对动力学也与基因组DNA内重复序列的延伸有关。
2005-09-19 cond-mat.soft q-bio.BM
A synthetic autonomous rotary nanomotor made from and fuelled by DNA
DNA纳米结构是使用合成的DNA链制成的，其序列被设计成使得它们将通过互补结构域的杂交自组装成所需的形式。已经提出了各种结构和设备，包括DNA镊子、纳米机器人和一系列直线电动机，如双足步行机。后者的灵感来自于天然存在的分子马达，如驱动蛋白。本文介绍了一个概念，自主旋转纳米管从DNA，它利用众所周知的和广泛研究的现象的立足点介导的DNA链位移。马达将由一系列链置换反应驱动，其顺序由包含马达机制的DNA链的二级结构产生的空间约束控制。如果能够实现自主旋转运动，DNA马达的能力将大大扩展。该装置具有一系列潜在的应用，包括分子计算和单分子操纵。
2015-05-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Inter-strand distance distribution of DNA near melting
本文研究了DNA分子两条链的互补碱基对在解链转变附近的距离分布。本文讨论了一个包含自回避相互作用的广义Poland-Scheraga型模型的标度参数。在转变温度下，对于较大的距离r，分布衰减为1/r^κ，其中κ=1+（c-2）/ ν。这里v是自避免行走相关长度指数，c是与链中开环的熵相关的指数。还给出了刚好低于熔点的分布函数结果。数值模拟充分考虑了自回避相互作用，与标度方法一致。
2002-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
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
Reactive Molecular Dynamics Simulation on DNA Double Strand Breaks Induced by Hydrogen Elimination
本研究提出瘢痕模型，通过反应力场分子动力学模拟探究氚β衰变致氢消除引发的端粒DNA双链断裂机制，明确了双链断裂需两条链均有邻近分布的足量瘢痕的必要条件。
2024-07-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-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
Opening of DNA double strands by helicases. Active versus passive opening
双链核酸的解旋酶打开可以是“主动的”（解旋酶直接使dsNA不稳定以促进打开）或“被动的”（解旋酶结合由于打开部分dsNA的热波动而可用的ssNA）。我们描述了解旋酶开放dsNA，基于解旋酶结合单NA链，并向双链区域移动，使用离散的“跳跃”模型。解旋酶和双链打开的连接点之间的相互作用的特征在于相互作用势。电势的形式决定了开口是主动的还是被动的。我们计算的解旋酶PcrA的被动开放率，并表明，开放是主动时，速率增加。最后，我们研究了如何选择相互作用势来优化链分离的速率。一个重要的结果是，我们发现，主动开放可以增加7倍的解旋速率相比，被动开放。
2002-12-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
How adsorption influences DNA denaturation
研究了在固体表面有吸引力的情况下DNA的热致变性。DNA的两条链通过两个耦合的柔性链建模，没有体积相互作用。如果两条链吸附在表面上，变性相变消失。相反，存在到弱自然状态的平滑交叉。我们的第二个结论是，即使在给定的温度下，链间吸引力太弱，无法形成自然状态，而表面链吸引力太弱，无法形成吸附状态，这两种吸引力的组合效应也可以导致自然和吸附状态。
2009-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft q-bio.BM
Coarse-grained simulations of DNA overstretching
我们使用最近开发的粗粒度模型来模拟双链DNA的过度拉伸。在23 ℃下的过拉伸在模型中发生在74 pN处，比在等效盐条件下的实验值高约6-7 pN。此外，该模型再现的温度依赖性的过拉伸力。过度拉伸的机制总是通过从自由端剥离而引起的力诱导熔融。我们从来没有看到过S-DNA（过度拉伸的双链DNA），即使在某些条件下有明确的实验证据证明这种过度拉伸模式，这表明S-DNA不仅仅是一种非堆叠的氢键双链体，而是可能具有更奇特的结构。
2013-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Role of bubble positioning in force induced melting of DNA
本研究通过布朗动力学模拟和高斯网络模型，发现DNA序列中气泡的定位影响力诱导熔化，高力下熔化始于拉伸约9个GC碱基对，且自由链熵起关键作用。
2025-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of force-induced B-DNA melting: single-strand discreteness matters
B-DNA的过度拉伸目前被理解为力诱导的熔化。根据拉伸实验的几何形状，过度拉伸转变的力阈值约为65或110 pN。虽然Rouzina和Bloomfield \cite{RouzinaBloomfield2001a}已经正确地描述了力诱导熔化的机制，但两种力阈值都没有通过理论精确计算。在这项工作中，提出了一个详细的分析力-延伸曲线的基础上，描述的单链DNA的离散Kratky-Porod模型，符合（i）预期的轮廓长度从晶体学确定的单体距离，和（ii）高值的弹性拉伸模量所产生的共价键合。ss-DNA持久长度的估计值$λ= 1.0 $ nm处于目前已知估计值的低端，并反映了部分或完全拉伸状态的固有刚度，其中静电排斥效应预计最小。单链和双链DNA自由能的详细分析提供了过度拉伸力阈值的估计。在无约束几何结构中，预测阈值为64 pN。在约束的几何形状中，在允许熔融态的plectonemic拓扑的熵罚之后，预测的阈值为111 pN。
2019-02-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Structure of DNA-Functionalized Dendrimer Nanoparticles
通过原子分子动力学模拟揭示了以乙二胺（EDA）为核心的第3代（G3）和第4代（G4）质子化聚酰胺胺（PAMAM）树枝状聚合物的特征，这些树枝状聚合物被单链DNA（ssDNA）官能化。观察到通过烷基硫醇盐[-S（CH 2）6-]连接分子连接到PAMAM树枝状聚合物表面上的游离胺基团的四条ssDNA链在25 ns长的模拟期间经历快速的构象变化。从ssDNA的RMSD值，我们发现在富含嘌呤的ssDNA链的情况下比富含嘧啶的ssDNA链相对稳定。发现树枝状聚合物分子上ssDNA链的包裹程度受DNA和树枝状聚合物的电荷比的影响。由于G4树枝状聚合物比G3树枝状聚合物含有相对更多的正电荷，我们观察到ssDNA在G4树枝状聚合物上的广泛包裹。观察到ssDNA链与接头一起穿透树枝状聚合物分子的表面并更接近树枝状聚合物的中心，表明树枝状聚合物分子的软球性质。发现DNA功能化的树枝状聚合物纳米颗粒的有效半径与ssDNA的基本组成无关，并且当我们分别使用G3和G4 PAMAM树枝状聚合物作为纳米颗粒的核心时，观察到其为约19.5 μ m和22.4 μ m。所观察到的DNA官能化的树枝状聚合物分子的有效半径显然表明在树枝状聚合物、接头和DNA链中发生的结构的显著收缩。作为一个整体，我们的研究结果描述了DNA功能化的树枝状聚合物纳米粒子的特征，并可以作为强有力的输入，有效地设计的DNA-树枝状聚合物纳米粒子…
2012-03-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Electrostatically induced undulations of lamellar DNA-lipid complexes
我们认为DNA阳离子脂质复合物，形成层状堆叠的脂质双层与平行的DNA链插入之间。我们计算了静电诱导的脂双层的弹性形变。据发现，膜波动的周期性，这是由DNA轴间距离。因此，层状重复距离改变，导致层状堆叠的膨胀或压缩。这种起伏可能是负责在不同层的DNA链之间的膜间耦合，因为它是实验观察。
2001-03-01 cond-mat.soft q-bio.BM
Substrate-assisted 2D DNA lattices and algorithmic lattices from single-stranded tiles
我们提出了一个简单的路线，以规避动力学陷阱，影响许多类型的DNA纳米结构在其自组装过程中。使用这种方法，一个新的2D DNA晶格的短，单链瓦片（SST）基序组成的。以前，SST DNA组装体的生长仅限于一维（管和带）或有限大小的二维（分子画布）。通过利用衬底辅助生长方法，集SST被设计为单位细胞自组装成周期性和非周期性的二维晶格，连续增长的同时沿和垂直于螺旋轴。值得注意的是，大规模（$\sim 1$ $μ$ m $^2$）完全周期性的二维晶格是使用最少的仅2股物质制造的。此外，从几个图案创建2D晶格的能力使得某些规则能够被编码到这些SST中以执行算法自组装。一组这些图案被设计为执行简单的1-输入1-输出COPY和NOT算法，时空表现形式是非周期性的2D算法SST晶格。这里提出的方法可以直接应用于落入这种类型的动力学陷阱的其他基序，以创建新的DNA晶体。
2016-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
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
Maximum pull out force on DNA hybrids
我们从理论上讨论了两个胶体粒子之间的力F，每个胶体粒子携带一个单链DNA。两条链仅在连续碱基对的有限序列上互补。我们定义了一个调整长度（几个碱基对）：在配对区域两端附近的调整区域中，张力仍然主要集中在一条单链上。但在中心部分，两个主干的负荷是相等的。这导致断裂力随长度线性增加，并且在大长度时饱和。
2001-10-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio
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
Comparative Electrostatic Force Microscopy of Tetra- and Intra-Molecular G4-DNA
两种形式的G4-DNA，与平行和成对的反平行链，使用原子力显微镜进行了研究。链的方向性影响分子的结构特性（不同的高度和长度）及其电极化。平行G4-DNA的极化率是反平行G4-DNA的两倍，这表明它是一种更好的生物纳米电子学电线。
2014-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Modeling DNA beacons at the mesoscopic scale
我们报告模型计算DNA单链描述的平衡动力学和动力学的发夹形成和熔化。建模是在单基地的水平。链刚性描述在简单的聚合物模型;替代计算使用自由旋转链和离散Kratky-Porod模型进行报告。根据Peyrard-Bishop-Dauxois哈密顿量对茎形成进行建模。在一个有效的自由能景观的扩散控制的运动方面的动力学的开放和关闭。解链曲线，解链温度对环长度的依赖性，以及动力学时间尺度与从形成聚（T）环的荧光DNA信标获得的实验数据半定量一致。链刚性的变化不足以解释闭合的大活化焓和在形成聚（A）环的发夹中观察到的强环长度依赖性。单链DNA或RNA建模的影响进行了讨论。
2007-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
