DNA在THz波段的Maxwell粘弹性动力学

Interaction between DNA and the Hfq amyloid-like region triggers a viscoelastic response

Molecular transport of biomolecules plays a pivotal role in the machinery of life. Yet, this role is poorly understood due the lack of quantitative information. Here, the role and properties of the C-terminal region of Escherichia coli Hfq is reported, involved in controlling the flow of a DNA solution. A combination of experimental methodologies has been used to probe the interaction of Hfq with DNA and to measure the rheological properties of the complex. A physical gel with a temperature reversible elasticity modulus is formed due to formation of non-covalent crosslinks. The mechanical resp…

DNA与肌动蛋白的协同作用触发了新的粘弹性行为

Synergistic interactions between DNA and actin trigger emergent viscoelastic behavior

柔性和刚性聚合物的复合材料在生物学和工业中无处不在，但决定其机械性能的物理原理还远未被理解。在这里，我们耦合力谱与大规模的布朗动力学模拟，以阐明独特的粘弹性定制工程的纠缠的柔性DNA分子和半柔性肌动蛋白丝的混合物。我们发现，复合材料表现出增强的应力硬化和延长的机械记忆系统相比，单独的肌动蛋白或DNA，这些非线性特征显示出令人惊讶的非单调依赖的复合材料中的肌动蛋白的分数。模拟结果表明，这些违反直觉的结果来自两种生物聚合物之间的协同微观相互作用。也就是说，DNA熵驱动肌动蛋白丝形成束，这些束包围网络但降低缠结密度，而包围肌动蛋白网络需要加强DNA网络以抵抗屈服和流动。捆绑和渗流之间的竞争引发了一个意想不到的应力响应，导致同等质量的肌动蛋白-DNA复合材料表现出最明显的应力硬化和最长寿的缠结。

环状-线型DNA共混物的粘弹性能与共混物组成呈非单调关系

Viscoelastic properties of ring-linear DNA blends exhibit non-monotonic dependence on blend composition

缠结环聚合物，以及环和线性聚合物的共混物，由于文献中相互矛盾的实验结果以及难以生产没有线性污染物的缠结合成环，继续成为人们极大兴趣和争论的话题。在这里，我们创建混合解决方案的纠缠环和线性DNA与不同质量分数的线性DNA。我们使用光镊显微流变学来测量这些共混物的线性和非线性粘弹性响应。我们的测量揭示了一个强大的非单调线性粘弹性线性DNA分数的依赖性，具有显着的最大值时，环和线性链的质量分数是可比的，暗示普遍线程环的线性链。我们观察到一个类似的非单调性的非线性政权，然而，一个相对较高的分数的线性链（0.5-0.7）所需的电阻力的大幅增加和放缓的松弛动力学出现。这种非线性响应似乎也是速率相关的，我们认为这是由力引起的去螺纹环在高应变率。我们的研究结果填补了一个长期存在的知识空白，关于环状线性聚合物共混物的微观流变学和非线性响应。此外，环-线性共混物表现出的独特的强机械响应，以及通过改变共混物组成来微调这些共混物的能力，提供了新的材料设计原理。

作为可编程粘弹性纳米元件的DNA

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。

染色质和核质粘弹特性的尺度相关蛋白质迁移率研究

The viscoelastic properties of chromatin and the nucleoplasm revealed by scale-dependent protein mobility

真核细胞核中含有DNA基因组，DNA基因组以动态染色质网络的形式组织，并嵌入粘性拥挤的流体中。这种环境直接影响酶促反应和获得DNA序列信息的目标搜索过程。然而，其作为反应介质的物理性质知之甚少。在这里，我们利用不同大小的惰性绿色荧光示踪蛋白质的流动性测量来表征一个活的人类细胞的核内部的粘弹性。我们发现，它类似于一个粘性流体的小规模和大规模，但出现粘弹性的中间规模的变化与蛋白质的大小。我们的研究结果是一致的模拟扩散通过聚合物，并建议染色质形成一个随机的障碍网络，而不是一个自相似的结构与固定的分形维数。通过计算分子根据其大小记住其先前位置的时间，我们评估了核环境如何影响染色质目标的搜索过程。

Polymer threadings and rigidity dictate the viscoelasticity and nonlinear relaxation dynamics of entangled ring-linear blends and their composites with rigid rod microtubules

Mixtures of polymers of varying topologies and stiffnesses display complex emergent rheological properties that often cannot be predicted from their single-component counterparts. For example, entangled blends of ring and linear polymers have been shown to exhibit enhanced shear thinning and viscosity, as well as prolonged relaxation timescales, compared to pure solutions of rings or linear chains. These emergent properties arise in part from the synergistic threading of rings by linear polymers. Topology has also been shown to play an important role in composites of flexible (e.g., DNA) and s…