Organization of the bacterial nucleoid by DNA-bridging proteins and globular crowders
本研究通过粗粒化模型和布朗动力学模拟，揭示了DNA桥联蛋白与球状拥挤剂协同压缩细菌拟核，且蛋白自缔合能力决定拟核呈液态或凝胶态。
2023-11-10 physics.bio-ph
Entropic elasticity of DNA with a permanent kink
许多蛋白质与细胞中的双链DNA相互作用并使其变形。单分子实验已经研究了DNA与螺旋变形蛋白质的弹性，包括弯曲DNA的蛋白质。这些实验增加了对包括螺旋变形蛋白质在内的DNA弹性理论的需求。以前关于弯曲DNA的理论工作已经研究了具有许多非特异性结合蛋白的长DNA分子。然而，最近的实验使用相对较短的DNA分子，具有单一的，明确定义的弯曲位点。在这里，我们开发一个简单的理论描述的影响，一个单一的弯曲。然后，我们包括在有限蠕虫状链模型（FWLC）的短DNA分子连接到珠的弯曲的描述。我们预测如何DNA力的延伸关系的变化，由于形成一个单一的永久性扭结，在所有值的施加拉伸力。我们的预测表明，高分辨率的单分子实验可以确定蛋白质结合时诱导的弯曲角。
2006-07-28 physics.bio-ph
Equilibrium study of Protein/DNA Complexes from Crystal Structure Data
从晶体结构数据和使用平衡统计力学的概念，我们展示了如何计算蛋白质/DNA复合物的热力学。我们将该方法应用于TATA盒结合蛋白（TBP）/TATA序列复合物。我们估计了每个碱基对（bp）的自由能和熵的变化。从自由能的曲率估计DNA的局部刚性。我们还估计了由于与特定bp形成键而导致的蛋白质的自由能增益。因此，我们计算出负责特异性结合的bp。
2006-07-14 physics.bio-ph
Facilitated diffusion of DNA-binding proteins
扩散控制的限制，反应时间的位点特异性DNA结合蛋白质是来自第一原则。我们遵循普遍接受的概念，即蛋白质通过两种竞争模式进行传播，即空间中的三维扩散和沿DNA的一维滑动。然而，我们对这个问题的理论处理是新的。我们的分析模型的准确性进行了验证，通过数值模拟。结果证实，蛋白质与DNA的非特异性结合，结合滑动，能够显着减少反应时间。
2005-11-22 physics.bio-ph physics.comp-ph
Facilitated diffusion on mobile DNA: configurational traps and sequence heterogeneity
我们提出了布朗动力学模拟的促进扩散的蛋白质，建模为一个球，其表面上的结合位点，沿DNA，建模为半柔性聚合物。我们认为，在3D的DNA组织的影响，和序列的异质性。我们发现，在一个网络的DNA环，被认为是存在于细菌DNA中，搜索过程是非常敏感的空间位置的目标在这样的循环。因此，通过改变基因组的局部拓扑结构，可以抑制或促进特定的基因。另一方面，层序的非均质性会形成圈闭，通常会减缓易化扩散。然而，当适当地放置这些陷阱时，令人惊讶的是，它们可以使搜索过程更加有效。
2012-12-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Equilibration of complexes of DNA and H-NS proteins on charged surfaces: A coarse-grained model point of view
组蛋白样类核结构蛋白（Histone-like Nucleoid Structuring protein，H-NS）是一种核相关蛋白，参与基因调控和DNA压缩。虽然它是通过在DNA双链体之间形成桥梁而在基因组组织中发挥关键作用，但DNA和H-NS蛋白复合物的精确结构仍然没有得到很好的理解。特别是，目前还不清楚是否在活细胞中的DNA/H-NS复合物的结构是类似的复合物沉积在云母表面，这可以通过AFM显微镜观察。一个粗粒度的模型，这有助于更深入地了解这个问题，在本文中描述和分析。该模型能够描述H-NS在本体中对细菌DNA的桥接以及复合物在带电表面上的沉积和平衡。与该模型进行的模拟表明，DNA和带电表面之间的轻微吸引力足以让DNA/H-NS复合物重组从三维线圈的平面质粒桥接的H-NS蛋白类似于通过AFM显微镜观察到的。他们还强调了DNA和表面之间相互作用的拮抗作用。事实上，增加这些相互作用减慢了裸质粒在表面上的平衡，但另一方面，使DNA/H-NS复合物的平衡更快。根据H-NS桥的寿命分布和反式结合蛋白质二聚体数目随时间的变化规律，认为随着DNA与表面相互作用强度的增加，H-NS桥的平衡时间缩短是由于DNA与蛋白质之间形成新桥的概率降低所致.
2014-09-22 physics.bio-ph
Ion irradiation induced direct damage to proteins and their components
在我们的上一篇论文中，我们报道了高能离子与DNA及其组分之间的直接相互作用，指出对DNA的损伤实际上具有最高的生物学后果，因为DNA序列的完整性对于生物功能至关重要。蛋白质是另一类重要的生物分子。虽然最近已经注意到离子辐射引发的导致DNA损伤的反应级联，但由高能离子诱导的蛋白质损伤在分子尺度上仍然几乎未被探索（可能是因为通常存在每个蛋白质的许多拷贝，所以相当水平的损伤具有小得多的生物学影响）。除了DNA损伤，还需要了解导致辐解蛋白损伤的新生事件，以便完整描述电离辐射对活细胞的影响。
2008-07-01 physics.bio-ph
Mobility of bacterial protein Hfq on dsDNA; Role of C-terminus mediated transient binding
蛋白质的流动性是生命机制的基础。在这里，我们已经调查了DNA结合的影响，结合DNA的内部运动的细菌Hfq主调节缺乏其淀粉样蛋白C-末端结构域。Hfq是一种最丰富的类核相关蛋白，它能塑造细菌染色体，并参与核酸代谢的几个方面。荧光显微镜已被用于跟踪双链DNA上缺乏Hfq突变形式的C-末端结构域，其通过限制到矩形纳米流体通道而被拉伸。相对于野生型变体，突变体的移动性被强烈地加速。此外，它显示出对DNA内部运动的反向依赖性，因为较慢的运动导致较慢的蛋白质扩散。结果表明，在控制类核相关蛋白的流动性的DNA内部运动的微妙作用，特别是，瞬时结合和移动DNA链的方式的重要性。
2021-12-06 physics.bio-ph
Facilitation of DNA loop formation by protein-DNA non-specific interactions
复杂的DNA拓扑结构，包括聚合物环，经常被观察到在生物过程中，当蛋白质分子同时结合到DNA上的几个遥远的位点。然而，这些系统的形成的分子机制仍然没有很好地理解。现有的理论研究仅关注蛋白质和DNA分子在靶序列处的特异性相互作用。然而，初级蛋白质-DNA相互作用的静电起源表明，蛋白质与所有DNA片段的相互作用应予以考虑。在这里，我们从理论上研究蛋白质和DNA分子之间的非特异性相互作用对环形成动力学的作用。我们的方法是基于分析一个离散状态的随机模型，通过首次通过概率的方法辅以蒙特卡洛计算机模拟。据发现，取决于蛋白质的滑动长度在非特异性结合事件的DNA环形成的三个不同的动态制度可能会被观察到。此外，环形成时间可以通过改变蛋白质滑动长度、DNA分子的大小和特定靶序列在DNA上的位置来优化。我们的研究结果表明，非特异性蛋白质-DNA相互作用的DNA环形成的动力学的重要性。还提出了几个定量的预测，可以通过实验测试。
2019-01-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Quasi-stationary evolution of cubic-quintic NLSE drop-like solitons in DNA-protein systems
本研究针对DNA-蛋白质系统中非线性分子激发的演化问题，基于立方-五次NLSE（由平面基旋转器模型和SU(2)/U(1)广义自旋相干态导出）结合准稳态方法建模阻尼效应，探索其特性并讨论在转录过程中的潜在应用。
2025-02-13 physics.bio-ph
DNA Scaffold Carrier Assisted Protein Translocation Through Solid-State Nanopore
在单分子水平上对生物分子的检测在生物传感和生物医学诊断等领域有着重要的应用。固态纳米孔（SS-nanopore）由于其独特的免标记和样品消耗少的特性，是进行单分子检测的有效工具。目前小生物分子的SS-纳米孔易位是由电场力驱动的，因此容易受到靶分子的电荷、形状和大小的影响。因此，控制生物分子通过SS-纳米孔移位仍然是一个巨大的挑战，特别是对于具有复杂构象和不同电荷的蛋白质。针对这个问题，我们开发了一种DNA支架载体辅助策略，以帮助蛋白质通过SS-纳米孔移位，从而促进目标蛋白质的检测。利用DNA载体负载效应，电流信噪比显著提高。我们提出的方法灵敏，方便，可以实时检测样品纳米孔易位。该方法为SS-纳米孔检测开辟了广阔的应用前景，促进了单分子检测的发展。
2022-10-13 physics.bio-ph
The synergy between protein positioning and DNA elasticity: energy minimization of protein-decorated DNA minicircles
蛋白质与DNA的结合有助于基因组的形成和包装以及特定遗传信息的表达。为了了解蛋白质的存在和DNA的变形之间的相互作用，在这样的过程中，我们开发了一种新的方法，以尽量减少弹性能量的DNA片段在介观水平。我们的方法使得有可能获得最佳途径的蛋白质修饰的DNA分子的末端碱基对的空间约束。在这项工作中，我们专注于选定的建筑蛋白质对环状DNA诱导的变形。我们报告的能量景观的DNA微环受到不同程度的扭转应力，并包含一个或两个蛋白质的功能的链长和蛋白质之间的间距。我们的研究结果揭示了双螺旋的弹性和结合蛋白引起的DNA结构扭曲之间的合作。我们发现，施加的机械应力会影响蛋白质在DNA上的位置，而蛋白质反过来又会调节机械应力，从而沿着DNA传播它们的存在。
2014-05-29 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
The self-referring DNA and protein: a remark on physical and geometrical aspects
所有已知的生命形式都是基于一个相互交织的反馈回路的层次结构，在空间，时间和能量尺度的级联上运行。最基本的环是连接DNA和蛋白质的环。例如，在遗传网络中，DNA基因以蛋白质的形式表达，这些蛋白质可以与相同的基因结合，从而控制它们自己的表达。在这种分子类型的自我参照中，信息从DNA序列映射到蛋白质，再映射回DNA。存在多种动态DNA-蛋白质自参照环，本文的目的是讨论与DNA和蛋白质之间的来回映射有关的某些几何和物理方面。讨论提出了关于DNA和蛋白质作为自指物质的性质的基本问题，这些问题在一个简单的玩具模型中进行了研究。
2018-04-12 physics.bio-ph q-bio.OT
Impact of self-association on the architectural properties of bacterial nucleoid proteins
细菌的染色体DNA折叠成一个紧凑的体，称为类核，它基本上由DNA（80%），RNA（10%）和许多不同的蛋白质（10%）组成。这些类核蛋白作为基因表达的调节剂，通过桥接、弯曲或包裹DNA来影响类核的组织。这些所谓的类核蛋白的结构特性仍然知之甚少。例如，为什么某些蛋白质在某些环境中使DNA卷曲紧密，而在其他环境中使DNA变得更加刚性，这是一个正在进行的辩论。在这里，我们解决的问题，其建筑性能的类核蛋白的自关联的影响，并试图确定是否差异自关联足以诱导大的变化，在组织的DNA螺旋。更具体地说，我们开发了两种粗粒度的蛋白质模型，它们与DNA的相互作用相同，但在没有DNA的情况下通过形成簇或细丝而形成不同的自缔合。我们通过布朗动力学模拟表明，蛋白质的自缔合显著增加了它们塑造DNA螺旋的能力。此外，我们观察到，簇形成蛋白质显着压缩DNA螺旋（类似于H-NS蛋白的DNA桥接模式），而非簇形成蛋白质显着增加DNA链的刚度（类似于H-NS蛋白的DNA硬化模式）。因此，这项工作表明，蛋白质的DNA结合特性的知识本身是不够的，以了解他们的建筑特性。相反，它们的自缔合特性也必须详细研究，因为它们实际上可能驱动不同DNA/蛋白质复合物的形成。
2021-10-14 physics.bio-ph q-bio.BM
Modeling supercoiled DNA interacting with an anchored cluster of proteins: towards a quantitative estimation of chromosomal DNA supercoiling
我们研究的DNA超螺旋密度（$σ$）沿染色体使用DNA和DNA锚定的蛋白质簇之间的相互作用频率的测量。具体来说，我们展示了如何物理的DNA超螺旋导致，在细菌中，对ParB蛋白质的结合特性的定量建模围绕其着丝粒样网站，{ \it parS}。使用这个框架，我们提供了一个上限为$σ$在{ \it大肠杆菌}染色体，与质粒值一致，并提供了一个高精度测量的概念证明。为了得出这些结论，我们重新审视了ParB集群的形成问题。我们预测，特别是，它们是由产生的蛋白质的流入和过量蛋白质的流出之间的非平衡、稳定平衡引起的，即，它们表现得像具有非常规“渗漏”边界的液体状蛋白质浓缩物。
2020-04-07 physics.bio-ph q-bio.BM
How does a protein reach its binding locus: sliding along DNA chain or not?
在基因表达过程中，各种蛋白质需要与DNA的特定位点结合。目前还不清楚这些蛋白质是如何找到它们的靶位点的。利用链-空间耦合模型讨论了蛋白质与DNA链上靶位点结合的平均首次通过时间。结果表明，一维扩散常数存在一个临界值，在此临界值下，蛋白质找到目标位点所需的平均时间几乎与蛋白质与DNA链的结合率和蛋白质与DNA链的脱离率无关。这意味着，蛋白质与DNA结合的频率和在DNA链上的滑动时间对搜索效率的影响很小，因此DNA链上的一维滑动是否提高搜索效率取决于蛋白质在DNA链上的一维扩散常数.本研究还发现，只有与目标基因座接近的DNA位点结合的蛋白质才有助于提高搜索效率，而与远离目标基因座的DNA位点结合的蛋白质可能会延迟目标结合过程。正如预期的那样，平均FPT随着蛋白质在细胞空间中的初始位置与其在DNA链上的靶位点之间的距离而增加。计算了直接结合概率，该概率可作为描述沿DNA链的一维滑动是否有助于提高搜索效率的一个指标。我们的结果表明，一维滑动对搜索过程的影响既取决于蛋白质在细胞空间中的扩散常数，也取决于一维DNA链。
2016-06-17 physics.bio-ph q-bio.SC
Non-specific DNA-protein interaction: Why proteins can diffuse along DNA
DNA结合蛋白的结构使其能够与DNA上的特定靶位点发生强相互作用。然而，最近的单分子实验报道，蛋白质可以在DNA上扩散。这表明蛋白质和DNA之间的相互作用在目标搜索过程中发挥作用，即使远离特定位点。目前还不清楚这些非特异性相互作用如何优化搜索过程，以及蛋白质结构如何发挥作用。每个核苷酸都带负电荷，人们可能会认为DNA-BP的正表面应该静电塌陷到DNA上。在这里，我们通过蒙特卡罗模拟和分析计算表明，在纳米范围内存在两个相反电荷的大分子之间的反直觉排斥。我们还表明，这种排斥是由于被困在界面处的离子所施加的渗透压的局部增加。对于DNA-BPs的凹形状，以及对于现实的蛋白质电荷密度，我们发现排斥力在距离DNA一定距离处将蛋白质推到自由能最小值。因此，存在一条有利的路径，蛋白质可以沿着该路径滑动而不与DNA碱基相互作用。当蛋白质遇到其靶时，渗透屏障被氢键相互作用完全抵消，从而使序列识别成为可能。
2009-02-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Extracting physical chemistry from mechanics: a new approach to investigate DNA interactions with drugs and proteins in single molecule experiments
在这篇综述中，我们专注于建立DNA配体复合物的机械性能和DNA-配体相互作用的物理化学之间的联系的想法。这种类型的连接是有趣的，因为它打开了通过仅使用一种实验技术：单分子拉伸来执行这种相互作用的鲁棒表征的可能性。此外，它还开辟了新的可能性，在比较结果获得非常不同的方法，特别是当比较单分子技术的整体平均技术。我们开始手稿回顾DNA力学的重要概念，从基本的力学性质到蠕虫状链模型。接下来，我们将回顾DNA-配体相互作用的物理化学的基本概念，重新访问用于分析结合数据的最重要的模型，并讨论它们的结合等温线。然后，我们讨论了最常用的拉伸DNA-配体复合物的单分子技术的基本特征，并获得力x延伸数据，从中可以确定复合物的机械性能。我们还讨论了DNA和配体之间可能发生的主要类型的相互作用的特点，从共价结合到简单的静电驱动的相互作用。最后，我们提出了一个历史性的调查，试图连接力学的物理化学的DNA-配体系统，强调最近开发的拟合方法有用的DNA-配体复合物的持久性长度的相互作用的物理化学性质。这种方法原则上可以用于任何类型的配体，从药物到蛋白质，即使存在多种结合模式。
2015-04-17 physics.bio-ph
Stochastic Ratchet Mechanisms for Replacement of Proteins Bound to DNA
实验表明，蛋白质与DNA的解结合速率取决于附近溶液中蛋白质的浓度。在这里，我们提出了一个理论的多步骤取代DNA结合蛋白质的溶液相蛋白质。对于四种不同的动力学方案，我们计算了蛋白质解结合和置换率对溶液蛋白质浓度的依赖性。我们发现：（1）溶液相蛋白质的逐渐“重新压缩”对最初结合蛋白质的“解压缩”释放的DNA位点的强烈影响;（2）溶液相蛋白质与DNA非特异性结合的模型可以描述非特异性DNA结合蛋白质Fis-Fis和Fis-HU之间的交换实验;（3）结合特异性模型描述了CueR蛋白在特异性结合位点上交换的实验。
2014-05-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Looping and Clustering model for the organization of protein-DNA complexes on the bacterial genome
细菌基因组由各种相关蛋白质组成，称为类核。这些蛋白质可以在DNA上形成复合物，在包括染色体分离在内的各种生物过程中发挥核心作用。一个突出的例子是大型ParB-DNA复合物，它是许多细菌分离机制的重要组成部分。ChIP-Seq实验表明，ParB蛋白定位在ParB特异性结合的DNA上的着丝粒样parS位点周围，并从那里扩散到染色体的大部分。最近的理论和实验研究表明，DNA结合的ParB蛋白可以相互作用，在DNA上凝聚成一个连贯的3D复合物。然而，这种蛋白质-DNA复合物的结构组织仍然不清楚，并且缺乏ParB蛋白在DNA上分布的预测定量理论。在这里，我们提出了循环和聚类（LC）模型，它采用统计物理方法来描述蛋白质-DNA复合物。LC模型解释了DNA环从一簇相互作用的DNA结合蛋白质中的挤出。从概念上讲，蛋白质-DNA复合物的结构是由有吸引力的蛋白质相互作用与该蛋白质-DNA簇的构型熵和环熵之间的竞争决定的。事实上，我们表明，蛋白质的相互作用强度决定了“紧密性”的环状蛋白质-DNA复合物。通过这种方法，我们考虑这样的蛋白质-DNA簇围绕一个单一的高亲和力结合位点的基因组组织。因此，我们的模型提供了一个理论框架，定量计算周围的同源（parS）结合位点的ParB样蛋白的结合曲线。
2017-12-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
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
Intracellular facilitated diffusion: searchers, crowders and blockers
在细菌中，调节蛋白通过“易化扩散”寻找特定的DNA结合靶点：细胞质中的一系列3D扩散，以及沿着DNA轮廓的1D线性扩散。使用大规模的布朗动力学模拟，我们发现，这些步骤中的每一个都受到拥挤蛋白质的不同影响，这些蛋白质可以与DNA结合，作为一维扩散的路障，也可以在细胞质中自由扩散。大分子拥挤可以强烈地影响机械特征，如3D和1D扩散之间的平衡，但导致总搜索时间的惊人的鲁棒性。
2013-09-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Nanoplasmonic Tweezers Visualize Protein p53 Suppressing Unzipping of Single DNA-Hairpins
在这里，我们报告使用双纳米孔（DNH）光镊作为一种无标记和自由溶液的单分子探针蛋白质-DNA相互作用。使用这种方法，我们证明了解压缩的个人10个碱基对DNA发夹，并量化肿瘤抑制基因p53蛋白如何延迟解压缩。从Arabius行为，我们发现p53引入的解压缩的能量势垒是$2\times 10^{-20}$ J，而cys 135 ser突变体p53不显示解压缩的抑制，这给出了其功能上不能抑制肿瘤生长的线索。这种变革性的单分子分析方法允许对蛋白质-DNA相互作用进行超灵敏检测和定量，从而彻底改变对遗传疾病的斗争。
2014-03-16 physics.bio-ph q-bio.BM
Theory on the mechanism of rapid binding of transcription factor proteins at specific-sites on DNA
我们开发了修改后的理论思想的机制，转录因子蛋白质定位其特异性结合位点的DNA速度比三维（3D）扩散控制的速率限制。我们证明，3D扩散控制的速率限制可以增强时，蛋白质分子读取几个可能的结合延伸的模板DNA通过一维（1D）扩散后，每个3D扩散介导的碰撞或非特异性结合事件。位点特异性结合速率的总体增强与蛋白质分子沿DNA的1D扩散相关的最大可能滑动长度（LA，（6Do/kr）的平方根，其中Do是1D扩散系数，kr是与非特异性DNA-蛋白质复合物相关的解离速率常数）成正比。在考虑了几种可能的机制后，我们发现DNA结合蛋白可以通过以循环方式切换其DNA结合结构域的快速移动、缓慢移动和读取状态来有效地定位其在DNA上的同源位点。无论机制的类型的整体速率增强因子渐近接近一个极限值，这是直接成比例的LA作为总长度的DNA，包含同源位点的增加。这些结果与体外实验观察结果一致。
2014-09-19 physics.bio-ph q-bio.BM
DNA end tethering through break-induced DNA--protein condensation
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Biotechnology Center, Center for Molecular and Cellular Bioengineering, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学生物技术中心分子与细胞生物工程中心）；Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics（马克斯·普朗克细胞生物学与遗传学研究所）；Center for Systems Biology Dresden（德累斯顿系统生物学中心）；Cluster of Excellence Physics of Life, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学“生命物理学”卓越集群）
本研究提出断裂诱导的蛋白质状态转换驱动局部DNA-蛋白质凝聚，通过布朗动力学模拟和理论分析揭示聚合物弛豫与凝聚动力学的竞争机制，实现断裂DNA末端的可靠拴系。
2026-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
The recombinase protein is a torque sensitive molecular switch
纳米粒子如何寻找纳米目标是非平衡统计物理中的一个普遍问题。当一个受损的DNA片段试图在完整的同源染色体上找到它的对应物时，它就变得至关重要。如果两个拷贝配对，完整的同源序列就可以作为模板来重建受损的DNA序列，使细胞能够在没有基因突变的情况下存活。要想成功，搜索必须在找到完美的同源性时才能停止，确保这种基因组完整性的生物学过程被称为同源重组，并由同源重组酶蛋白促进。在这篇文章中，我们使用扭矩敏感的磁镊测量的自由能景观的人端粒酶hRad 51蛋白组装的DNA片段。基于我们的测量，我们将hRad 51/DNA复合物建模为一个不平衡的两态系统，并提供了一个homomorphonation的数学描述。通过这个动态的两态模型，我们提出了一种机制，通过该机制，重组酶蛋白质区分同源和非同源序列。
2016-06-29 physics.bio-ph
Target search on a dynamic DNA molecule
我们研究了一个适用于体外实验的具有显式DNA动力学的蛋白质-DNA靶标搜索模型。我们表明，DNA动力学发挥了至关重要的作用，蛋白质的有效性之间的“跳跃”的网站远离沿DNA轮廓，但关闭在3D空间。一个强结合的蛋白质，搜索一维滑动和跳跃单独，探索搜索空间冗余少时，DNA动力学是快速的蛋白质跳跃的时间尺度比在相反的“冻结DNA”的限制。我们使用模拟和标度理论来描述这些限制之间的交叉。我们还合理化的缓慢探索在冻结的限制作为一个微妙的相互作用之间的长跳跃和长捕获时间的蛋白质在“岛屿”内的随机DNA配置在解决方案。
2011-09-14 physics.bio-ph q-bio.BM
Active Loop Extrusion guides DNA-Protein Condensation
本研究通过分子动力学模拟和理论探讨DNA环挤压与蛋白质-DNA凝聚物形成的相互作用，发现两者协同可增强凝聚动力学、促进凝聚物聚结熟化，并形成类似TADs的独立结构域。
2025-01-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Modulation of DNA loop lifetimes by the free energy of loop formation
细胞中遗传信息的存储和检索是一个动态的过程，需要DNA经历戏剧性的结构重排。DNA成环是这种结构重排的一个突出例子，这种结构重排对于原核生物和真核生物的转录调控都是必不可少的，并且这种调控的速度影响个体的适应性。在这里，我们研究在体外循环动力学的经典紫胶阻遏基因调控基序。我们发现，在DNA-阻遏物交界处的循环协会和循环解离依赖于DNA和蛋白质的弹性形变，并且成环和解环速率近似与成环J因子成比例，这反映了系统的变形自由能。我们用过渡态理论解释了这一现象，并将DNA-蛋白质复合物模拟为一个有效的蠕虫状扭曲链。我们引入了一个有限的蛋白质-DNA结合相互作用的长度，在竞争的特征DNA变形长度尺度，作为物理起源的以前未识别的环解离动力学观察到这里，并讨论了这种行为的鲁棒性扰动在几个聚合物参数。
2015-01-05 physics.bio-ph
Statistical-mechanical lattice models for protein-DNA binding in chromatin
蛋白质-DNA结合的统计力学晶格模型被很好地建立，作为描述用纯化的DNA和蛋白质组分在体外测量的复杂配体结合平衡的方法。最近，一个新的应用领域已经开辟了这种方法，因为它已经成为可能的实验量化基因组范围内的蛋白质占位的DNA序列。特别是，真核基因组由组蛋白组成称为染色质的核蛋白复合物已被认为是控制转录因子进入DNA序列的关键参数。必须开发新的方法来获得统计力学晶格描述染色质相关的蛋白质-DNA相互作用。在这里，我们提出了在染色质中组蛋白-DNA相互作用的晶格模型的理论框架，并研究了其他染色体蛋白和转录因子的（竞争性）DNA结合。这些结果对于基因表达调控的定量模型有许多应用。
2010-04-30 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.GN
Protein sliding and hopping kinetics on DNA
使用蒙特卡罗模拟，我们去卷积的滑动和跳跃动力学的GFP-LacI蛋白质的延长DNA从他们的实验观察秒长的扩散轨迹。我们的模拟结果表明：（1）在每个扩散轨迹中，蛋白质平均进行数百次交替的滑动和跳跃，平均滑动时间为几十ms;（2）在快扩散轨迹中，滑动占主导地位，而跳跃占主导地位;（3）流动和盐浓度的变化对跳跃动力学的影响有限，而体内DNA构型预计不会影响滑动动力学;（4）大于200 nm的啤酒花的出现率与EcoRV蛋白的实验数据一致。
2011-07-22 physics.bio-ph q-bio.BM
Predicting variation of DNA shape preferences in protein-DNA interaction in cancer cells with a new biophysical model
DNA形状读出是转录因子识别靶位点的一个重要机制。近年来，人们发展了几种考虑DNA形状的转录因子-DNA结合模型。本文提出了一种新的基于相邻二核苷酸依赖模型BayesPI 2的考虑DNA形状特征的蛋白质-DNA相互作用的生物物理模型。新模型的参数被限制在由2聚体DNA形状特征跨越的子空间中，这允许将新参数解释为对某些特征值的位置依赖性偏好的生物物理解释。使用新的模型，我们探讨了DNA形状偏好的变化，在几个转录因子跨癌细胞系和细胞条件。我们发现了用类固醇处理后MCF 7细胞中FOXA 1结合位点的DNA形状变化的证据。新模型对于阐明转录因子-DNA相互作用的更精细细节是有用的。它可以用于改善未来癌症突变效应的预测。
2017-10-31 physics.bio-ph q-bio.BM
Discrete Persistent Chain Model for Protein Binding on DNA
我们描述并解决了一个离散的持久链模型的蛋白质结合的DNA，涉及一个额外的sigma_i s在一个网站i的DNA。该变量的值为1或0，这取决于该位点是否被蛋白质占据。此外，如果该位点被蛋白质占据，则会产生额外的能量消耗。对于较小的力，我们得到了力-延伸曲线和DNA上结合蛋白质的分数的解析表达式;对于较大的力，我们可以数值求解模型，得到力-延伸曲线和DNA上结合蛋白质的平均分数随力的变化.该模型可用于分析蛋白质与DNA结合的实验力延伸曲线，从而推断非特异性结合情况下结合蛋白质的数目。
2011-04-19 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
On the ion-mediated interaction between protein and DNA
允许蛋白质搜索DNA上的靶序列的机制目前被描述为由本体中的3D扩散和沿着DNA分子的1D扩散组成的间歇过程。由于蛋白质和DNA的相关电荷，静电相互作用在这一搜索过程中应发挥至关重要的作用。在本文中，我们明确地推导出平均场论允许在溶液中的蛋白质-DNA静电的描述。这种方法导致一个统一的模型的搜索过程中，1D和3D扩散出现作为一个自然的结果扩散的扩展的相互作用能量分布。
2013-11-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Phase behaviour of DNA in presence of DNA-binding proteins
为了表征DNA链与非特异性结合蛋白质溶液相互作用的热力学平衡，实施Flory-Huggins自由能模型。我们探讨了DNA塌陷对DNA和蛋白质浓度的依赖性。对于DNA-蛋白质亲和性的生理相关值，这种崩溃产生了一个双相的制度，一个密集和稀相，相应的相图计算。使用基于哈密顿路径的方法，我们表明，致密相具有熔融球或结晶结构，这取决于DNA的弯曲刚度，这是由离子强度的影响。这些结果是有效的，在化学平衡，因此应该是符合许多生物过程，其特征的时间尺度范围通常从1毫秒到10秒。因此，我们的模型可以应用于涉及DNA结合蛋白的生物学现象，例如DNA与结晶顺序的缩合，这发生在一些细菌中，以保护它们的染色体免受有害因素的影响;或转录起始，这发生在称为转录工厂的簇中，这让人想起本研究中表征的致密相。
2015-11-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Physical limits on cooperative protein-DNA binding and the kinetics of combinatorial transcription regulation
在基因调控中观察到的许多复杂性起源于协同的蛋白质-DNA结合。虽然对蛋白质在DNA上的特异性结合位点的靶向搜索的研究已经揭示了蛋白质-DNA相互作用的定量特征的设计原理，但是对于DNA-结合蛋白质之间的协同相互作用还没有这样的原理。我们考虑一个简单的理论模型，两个相互作用的转录因子（TF）的物种，搜索和结合到两个相邻的靶位点隐藏在基因组背景。我们研究了二聚体搜索途径和单体搜索途径的动力学竞争，以及在广泛的TF-TF相互作用强度范围内由两个TF介导的稳态调节功能。使用转录AND逻辑作为示例性的功能背景下，我们确定的相互作用的功能理想的制度。我们发现，弱和非常强的TF-TF相互作用是有利的，虽然有不同的特点。然而，也有一个不利的制度，中间的相互作用，遗传反应是非常缓慢的。
2011-09-15 physics.bio-ph q-bio.BM
Protein-DNA electrostatics: toward a new paradigm for protein sliding
基因的表达和调控依赖于一些蛋白质和DNA之间的一系列明显微调的反应。这种DNA结合蛋白必须在很长的DNA分子上找到特定的序列，而且它们大多在没有任何活性过程的情况下这样做。人们已经迅速认识到，为了实现这一任务，这些蛋白质应该在搜索（即快速采样DNA的相关部分）和发现（即识别特定位点）方面都是有效的。自70年代以来，双模式搜索及其变体一直被提出来解释快速搜索或有效识别。然而，在现象学水平上将这两种性质结合起来更为困难，因为它们似乎具有拮抗剂作用。为了克服这个困难，人们可能只需要放弃双模式搜索固有的二分观点，并更彻底地研究DNA结合蛋白与特定或非特异性DNA片段之间的相互作用。这一章表明，在一个非常通用的方式这样做，人们确实可能会发现一个潜在的协调之间的快速搜索和有效的识别。尽管还有很多工作要做，但现在可能是改变模式的时候了
2013-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Kinetics of protein-DNA interaction: facilitated target location in sequence-dependent potential
蛋白质对DNA上特定位点的识别和结合是许多细胞功能如转录、复制和重组的核心。在识别过程中，蛋白质快速搜索其在长DNA分子上的特定位点，然后强烈结合该位点。在这里，我们的目标是找到一种机制，可以提供一个快速搜索（1-10秒）和高稳定性的特定蛋白质-DNA复合物（$K_d=10^{-15}-10^{-8}$ M）。早期的研究表明，快速搜索涉及蛋白质沿着DNA的滑动。在这里，我们认为滑动作为一个一维（1D）扩散序列依赖的粗糙能量景观。我们证明，尽管景观的粗糙度，快速搜索可以实现，如果1D滑动伴随着3D扩散。我们估计快速搜索所需的特异性和非特异性DNA结合能的范围，并建议可以测试我们的机制的实验。我们表明，最佳搜索需要蛋白质花一半的时间沿着DNA滑动，一半的时间在3D中扩散。我们还建立，矛盾的是，现实的能量函数不能提供快速搜索和刚性蛋白质的强结合。为了调和这两个基本要求，我们提出了一个搜索和折叠机制，涉及耦合的蛋白质结合和部分蛋白质折叠。建议的机制有几个重要的生物学意义的搜索在其他蛋白质和核小体的存在下，同时搜索由几个蛋白质等建议的机制也提供了一个新的框架，解释蛋白质-DNA相互作用的实验和结构数据。
2004-09-23 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.BM
Requirements for DNA-bridging proteins to act as topological barriers of the bacterial genome
细菌基因组被划分为几个拓扑上相互独立的长染色体结构域，这意味着一个结构域中DNA超螺旋性的变化不会传播到相邻的结构域。在体内和体外实验已经进行了质疑的拓扑障碍的性质在发挥作用，导致几个可能的分子演员的预测。在这里，我们解决的问题，拓扑障碍使用聚合物模型的超螺旋DNA链。更具体地说，我们确定在何种条件下DNA桥蛋白可以作为拓扑障碍。为此，我们开发了一个粗粒度的珠和弹簧模型，并通过布朗动力学模拟研究其性质。因此，我们发现，DNA桥接蛋白必须施加相当强的约束，其结合位点：他们必须阻止扩散的多余的扭曲通过两个结合位点上的DNA分子，同时，防止旋转的一个DNA片段相对于其他。重要的是，并非所有的DNA桥蛋白都满足第二个条件。例如，由非特异性结合DNA的蛋白质形成的单桥，如H-NS二聚体，预计在这方面会失败。我们的研究结果也可能解释，在特定的DNA桥接蛋白如LacI的情况下，为什么需要多个桥来创建稳定的独立拓扑结构域。引人注目的是，当DNA片段的相对旋转不被阻止时，松弛导致两个结构域的复杂插入。此外，虽然每个域中的扭转应力值可能不同，但它们的差异被保留。我们的工作还预测，已知包裹DNA的类核相关蛋白必须形成更高的蛋白质-DNA复合物，以有效地发挥拓扑屏障的作用。
2020-08-13 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.GN
The Role of Chain Entropy in an Analytic Model of Protein Binding in Single-DNA Stretching Experiments
我们表明，张和Marko（物理评论E 77，031916（2008））提出的简单的分析模型来说明单DNA实验的麦克斯韦关系，可以通过包括高斯链的零力熵来改进。所得模型与离散持久链模型吻合良好，且形式便于分析实验数据。
2011-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
A thermodynamic model for agglomeration of DNA-looping proteins
在本文中，我们提出了一个热力学机制的转录焦点通过联合凝聚的DNA环蛋白质和蛋白质结合结构域的DNA：蛋白质-DNA结合自由能的增益和熵损失之间的竞争，由于DNA环之间的有效吸引力。平均场近似可以通过映射到具有局部度约束和对连通分量的数量的全局约束的受限随机图系综来解析地描述。它显示了包含所有环状蛋白质的有限部分的蛋白质簇的出现。如果由于单个DNA环的熵损失足够高，则发现该跃迁是一阶的。
2008-10-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Base sequence dependent sliding of proteins on DNA
考虑了蛋白质在DNA上的滑动运动受碱基序列通过碱基对阅读相互作用的影响的可能性。参考的情况下，T7 RNA聚合酶，我们表明，蛋白质应该遵循一个噪声影响的序列依赖的运动，偏离标准的随机游走通常假设。一般的有效性和影响的结果进行了讨论。
2004-03-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Role of salt valency in the switch of H-NS proteins between DNA-bridging and DNA-stiffening modes
本工作通过粗粒度模型进行计算机模拟，研究H-NS蛋白和细菌基因组DNA的相互作用。该模型是专门开发的，以研究H-NS蛋白质从DNA-硬化到DNA-桥接模式的转换，这在向缓冲液中加入多价阳离子后已被反复观察到，但仍不清楚。解开相应的机制是更加关键的，因为H-NS蛋白以及其他类核蛋白的调节特性与它们的DNA结合特性有关。这里报道的模拟支持一种机制，根据该机制，多价阳离子的主要作用在于与H-NS/H-NS相互作用相比降低H-NS/DNA相互作用的强度，后者变得相对于前者在缓冲液的阳离子的有效价态的一定阈值以上在能量上有利。在阈值以下，H-NS二聚体形成细丝，其沿着DNA分子伸展，但在桥接基因组上遥远的DNA位点（DNA硬化模式）方面非常低效。相比之下，仅在阈值以上，H-NS二聚体形成3维簇，其能够连接远离基因组观点的DNA位点（DNA桥接模式）。该模型提供了明确的理论基础的实验观察，这两种模式之间的切换是一个阈值效应和H-NS二聚体的能力，以形成更高的顺序低聚物是至关重要的，他们的桥接能力。
2018-03-26 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.GN
Coarse-Grained Nucleic Acid-Protein Model for Hybrid Nanotechnology
杂交DNA -蛋白质纳米技术的新兴领域带来了许多新材料的潜力，这些材料将DNA纳米技术的可寻址性与蛋白质相互作用的多功能性相结合。然而，这些混合结构的设计和计算研究是困难的，由于所涉及的系统尺寸。为了帮助设计和计算机分析过程中，我们在这里介绍了一个粗粒度的DNA/RNA-蛋白质模型，扩展了DNA/RNA的oxDNA/oxRNA模型与基于各向异性网络模型表示的粗粒度蛋白质模型。我们的模型完全配备了分析脚本和可视化，旨在促进最终实验实现的混合纳米材料设计，以及使生物复合物的研究成为可能。我们通过模拟DNA-蛋白质纳米笼、包裹在组蛋白周围的DNA和聚合酶中的新生RNA进一步证明了它的用途。
2020-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Protein-DNA computation by stochastic assembly cascade
RecA在单链DNA上的组装被测量和解释为一个随机有限状态机，它能够区分序列之间的细微差异，这是一个基本的计算操作。RecA细丝通过随机成核和解体事件的级联有效地扫描DNA序列，这在机制上类似于微管的动态不稳定性。这种迭代级联是一个多阶段的动态校对过程，放大了微小的差异，甚至是一个碱基的变化。我们的测量表明，这种随机图灵类机器可以计算某些积分变换。
2010-08-04 physics.bio-ph q-bio.BM
The Integration Host Factor is a pH-responsive protein that switches from DNA bending to DNA bridging in acidic biofilm-like conditions
School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh（爱丁堡大学物理与天文学院）；School of Biological Sciences, University of Edinburgh（爱丁堡大学生物科学学院）；School of Physics, Engineering & technology, University of York（约克大学物理、工程与技术学院）；Department of Biology, University of York（约克大学生物系）
研究揭示整合宿主因子在酸性条件下由DNA弯曲转为DNA桥接，通过pH调节其与DNA的相互作用，支撑生物膜结构。
2026-03-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Energetic funnel facilitates facilitated diffusion
转录因子能够比扩散造成的物理限制更快地与它们在DNA上的结合位点结合。如此高的结合率可以通过沿着DNA链的三维扩散和一维滑动之间的交替来实现，这种机制被称为促进扩散。通过研究来自RegulonDB数据库的大肠杆菌和来自DBTBS的枯草芽孢杆菌的转录因子结合位点的集合，我们揭示了靶序列周围结合能景观中的漏斗。我们表明，这样的漏斗是链接到存在的梯度AT在碱基组合物中的DNA区域周围的结合位点。一个广泛的计算研究的随机滑动过程沿充满活力的景观从数据库中获得的漏斗可以显着提高的概率转录因子，以找到它们的靶序列时，在其附近滑动。我们证明，这种增强导致的关联过程的速度加快。
2017-12-06 physics.bio-ph q-bio.BM
Probing DNA interactions with proteins using a single-molecule toolbox: inside the cell, in a test tube, and in a computer
DNA相互作用蛋白具有多种作用过程，许多作为分子机器进行动态亚稳态转变以实现其生物学功能。为了充分理解这种分子异质性，DNA和与其结合的蛋白质必须在其天然体内环境中以单分子水平理想地被询问，以时间分辨的方式快速地对跨越自由能景观的分子跃迁进行采样。在过去的十年中，在利用物理科学的尖端工具来解决具有挑战性的生物学问题方面取得了进展，这些问题涉及与DNA结合的几种不同蛋白质的功能和作用模式。这些生理学相关的测定在技术上具有挑战性，但可以通过强大且通常更易于处理的体外实验来补充，这些实验赋予化学环境的优势，具有增强的分子特征和过渡事件的单噪声检测。在这里，我们讨论了一系列的技术，我们已经开发出监测DNA-蛋白质相互作用在体内，体外和计算机。这些包括定制的单分子荧光显微镜技术，以阐明细菌复制体的结构和动力学以及细菌染色体的结构维持，以及新的计算工具，从活细胞中提取单分子特征，以监测活细胞中的化学计量，空间定位和流动性。我们还讨论了我们实验室在体外的最新进展，补充了这些体内研究，这些研究结合了光学和磁性镊子，在一种新的超分辨率荧光显微镜中操纵和成像单分子DNA，有和没有结合蛋白质。
2015-04-14 physics.bio-ph q-bio.BM
The Effect of Obstacles in Multi-Site Protein Target Search with DNA Looping
许多基本的生物学过程由称为{ \it突触体}的蛋白质-DNA复合物调节，其具有多个相互作用位点。尽管突触体至关重要，但其形成机制仍不清楚。由于参与蛋白质的多位点性质，人们普遍认为它们对DNA上特定位点的搜索涉及DNA环的形成和断裂以及在环构型中的滑动。事实上，活细胞中的DNA被其他生物分子密集地覆盖，这些分子可能会干扰突触体的形成。在这项工作中，我们开发了一种理论方法来评估障碍物在多位点蛋白质的目标搜索中的作用，当DNA环的形成和在环状构型中的滑动是可能的。我们的理论方法是基于分析的离散状态随机模型，使用主方程的方法和广泛的计算机模拟。研究发现，当DNA环是长寿命的时，障碍物减慢了系统中的搜索动力学，但对于短寿命的DNA环，影响很小。此外，目标和障碍物的相对位置强烈影响目标搜索动力学。此外，障碍物的存在可能增加系统中的噪声。这些意见进行了讨论，使用物理化学参数。我们的理论方法阐明了具有多个相互作用位点的蛋白质-DNA复合物形成的分子机制。
2019-11-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
In vivo evidence of alternative loop geometries in DNA-protein complexes
lac阻遏物使双链DNA成环的体内自由能具有显著的行为，其起源尚未完全了解。除了固有的周期性的DNA双螺旋，在体内的自由能有一个振荡分量的约一半的螺旋周期和振荡的幅度显着小于目前的理论预测的不对称。在这里，我们表明，在体内的行为是准确地占同时存在的两种不同的构象的环状DNA。我们的分析表明，这两种构象具有不同的最佳自由能和相位，并且它们在关键结构蛋白的存在下表现得截然不同。
2006-02-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Stepwise bending of DNA by a single TATA-box Binding Protein
TATA盒结合蛋白（TBP）是所有三种真核RNA聚合酶所必需的，用于启动大多数启动子的转录。TBP识别、结合并弯曲DNA中称为"TATA盒“的启动子序列。我们目前的研究结果，个别酿酒酵母TBPs与含有TATA盒的单个DNA分子相互作用。使用视频显微镜，我们观察到的布朗运动的珠子栓由短的表面结合的DNA。当TBP结合并弯曲DNA时，DNA的构象发生变化，与未弯曲的DNA相比，拴系珠的布朗运动的幅度降低。我们检测到个人的结合和解离事件，并推导出动力学参数的过程。通过增加盐浓度或通过使用光镊直接拉动拴系的珠来诱导解离。除了明确定义的自由和束缚类的布朗运动，我们观察到另外两类运动。这些额外的类被确定为具有三步线性结合途径上的中间状态。讨论了中间态的生物学意义。
2006-03-07 physics.bio-ph q-bio.BM
In vivo facilitated diffusion model
在稀释的体外条件下，转录因子通过使用易化扩散机制将其靶序列快速定位在DNA上。然而，这种沿着DNA轮廓在三维体扩散和一维滑动之间交替的策略是否在拥挤的细胞内部仍然有益，这是有争议的。在这里，我们使用一个简单的模型，细胞内的细菌基因组，并提出了一个半分析模型，在体内的目标搜索的转录因子内的促进扩散框架。在不需要大量模拟的情况下，我们确定了在活的大肠杆菌中lac阻遏物的平均搜索时间。大肠杆菌细胞，包括从实验测量推导出的参数。结果与实验结果吻合得很好，因此易化扩散图成为活细菌细胞中基因调控的定量方法。此外，我们看到搜索时间对表征DNA构型的参数不是很敏感，并且细胞似乎非常接近靶定位的最佳条件。本地搜索所暗示的共定位机制，只发现温和地加快平均搜索时间在我们的模型。
2013-01-23 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
High-Fidelity DNA Sensing by Protein Binding Fluctuations
RecA蛋白在细胞中的主要功能之一是结合损伤后暴露的单链DNA，从而触发SOS修复response.We目前的荧光各向异性测量在结合onset，显示增强的DNA长度歧视诱导的三磷酸腺苷消耗。我们的模型解释了所观察到的DNA长度传感作为一个结果的平衡结合波动，让人想起微管动态不稳定性。结合波动的级联结构是动力学校正机制的概括。在嘈杂的生物环境中，通过不可逆的多级途径来提高精度是一种可能的设计原则。
2010-08-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Structural Modeling of DNA Loops in Lactose-Repressor
众所周知，DNA分子的结构变形（应力状态）在其生物学功能（包括基因表达）中起着至关重要的作用。例如，DNA中的成环（通常由蛋白质结合介导）是许多基因调控机制中的关键步骤。我们使用DNA分子的机械杆模型来模拟其在基因表达过程中与蛋白质（酶）的结构相互作用。我们的杆模型可以模拟在长尺度上的DNA环和超螺旋形成的非线性动力学。该公式考虑了DNA链的结构刚度，其固有曲率，手性（右手螺旋）结构及其与周围介质的物理相互作用。蛋白质介导的DNA环的模拟说明了DNA的机械性质如何影响DNA-蛋白质相互作用的化学动力学，从而调节基因表达。
2007-02-23 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
