Velocity and processivity of helicase unwinding of double-stranded nucleic acids
解旋酶是解旋细胞中双链核酸（dsNA）的分子马达。许多解旋酶在单链（ss）核酸上具有方向性偏移，并且将它们的定向移位与链分离耦合。易位和解旋之间的耦合模型使用相互作用势来表示被动和主动解旋酶机制。被动解旋酶必须等待热波动打开dsNA碱基对，然后才能推进和抑制NA关闭。活性解旋酶直接使dsNA碱基对不稳定，加速打开速率。在这里，我们扩展了这个模型，包括解旋酶从核酸链解结合。解旋酶的持续合成能力取决于相互作用势的形式。被动解旋酶具有在ss易位和ds解旋之间不改变的平均附着时间，而主动解旋酶通常在解旋期间相对于ss易位显示附着时间的减少。此外，我们描述了如何解旋酶解旋速度和持续合成能力的变化，如果碱基对结合自由能的变化。
2005-09-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The End Restraint Method for Mechanically Perturbing Nucleic Acids in silico
基因组远不是一个被动的信息存储器，而是一个机械动力学和多样性的系统，其中扭转和张力波动并结合起来决定结构并帮助调节基因表达。这种机械扰动大部分是由于分子机器，如拓扑异构酶，它必须拉伸和扭曲DNA作为各种功能的一部分，包括DNA修复和复制。虽然核酸对张力和扭转的大尺度机械响应得到了很好的表征，但单碱基对水平的细节甚至超出了超分辨率成像的极限。在这里，我们提出了一个简单的，灵活的，可扩展的伞形采样协议，扭曲和拉伸核酸在硅使用流行的生物分子模拟包琥珀-虽然我们描述的原则也适用于其他软件包，如GROMACS。讨论了模拟系统的建立、力场和溶剂化模型的确定以及平衡等问题。然后，我们介绍了扭转约束拉伸协议，最后，我们提出了一些分析技术，我们已经用来表征结构基序的形成。我们没有定义力或虚构的伪原子，而是在每个伞形采样步骤之间定义指定原子的固定平移，这允许与实验进行比较，而无需通过简单地使用分数端到端位移作为比较度量来估计施加的力。我们希望这种易于实现的解决方案将是有价值的询问光学和磁性镊子数据的核酸在碱基对分辨率。
2021-08-31 physics.bio-ph q-bio.BM
Fluorecently labeled bionanotransporters of nucleic acid based on carbon nanotubes
在这里，我们提出的方法来设计的新型杂交寡核苷酸与荧光素功能化的单壁碳纳米管。该方法是基于堆叠功能化的纳米管与芘残基的寡核苷酸的共轭物的相互作用。制备了氨基和荧光素修饰的单壁碳纳米管，并对其理化性质进行了研究。考察了碳纳米管功能化类型对寡核苷酸芘缀合物吸附效果的影响。所提出的荧光素标记的碳纳米管与寡核苷酸的非共价杂化物可用于功能性核酸的细胞内运输。
2012-08-17 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph q-bio.BM
Energy landscapes and dynamics of xylo-nucleic acids
天然核酸的人工类似物作为能够自我复制的多种信息存储分子最近引起了人们的兴趣。在本研究中，我们使用的计算势能景观框架，以调查的结构和动力学性质的木-和脱氧木-核酸（XyNA和dXyNA），这是来自于各自的RNA和DNA类似物的结构反转在一个单一的手性中心的糖部分的核苷酸单元。八聚体XyNA序列及其dXyNA类似物的自由能景观表明，存在一个容易的构象之间的转变是全球自由能最小的左手螺旋，和一个紧密竞争的梯形结构，螺旋度约为零。对于dXyNA系统，竞争构象集合的分离更好地定义，而XyNA类似物本质上更灵活。因此，前者似乎更适合作为分子开关的候选者。这些景观与以前研究中报道的进化生物分子的景观有质的不同：它们明显更受挫折，因此XyNAs提供了一个非自然系统的例子，正如预期的那样，构成最小挫折原则的条件被违反了。
2019-06-03 physics.bio-ph q-bio.BM
Statistical models for nucleic acids
本文通过三维介观哈密顿模型和路径积分技术，研究ds-RNA与ds-DNA的结构差异，揭示了这些特征导致A型和B型螺旋产生相反扭曲-拉伸模式的根源。
2023-09-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Salt Contribution to the Flexibility of Single-stranded Nucleic Acid of Finite Length
核酸是带负电荷的大分子，其结构性质与溶液中的金属离子强烈耦合。本文采用粗粒度蒙特卡罗模拟方法系统地研究了盐离子对12 ~ 120个核苷酸的单链核酸链柔性的影响。计算结果表明，离子浓度的增加会引起ss链的结构坍塌，多价离子更容易引起这种坍塌，三价和二价离子都能诱导出比随机弛豫态更紧密的状态。我们发现，一价、二价和三价离子都能使ss链过充电，并且这种过充电的主要来源从离子排斥体积效应转变为离子库仑相关。此外，预测的ss核酸的Na、Mg依赖性持久长度lp与已有的实验数据一致，并通过系统的计算，得到了lp随Na、Mg和链长变化的经验公式。
2012-11-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanism of helicase translocation along nucleic acid
在细胞中，解旋酶沿着核酸的移位对于许多生物过程是必需的。然而，到目前为止，这种易位的机制尚未完全了解。近年来的研究表明，解旋酶可能通过主动过程和被动过程两种途径进行转位，且转位速率不同。在这项研究中，包括这样的两个过程的模型。其中，这两个过程中的每一个都由两个子过程组成，化学子过程，其中附着所需的易位因子，以及机械化学子过程，其中解旋酶进行正向易位步骤。解旋酶可以在这两个过程之间以外力依赖的速率进行随机转换。利用该模型对核糖体沿信使RNA的转位进行了详细的讨论。我们发现，随着外力的增加，核糖体的平均易位率从一个下限增加到一个上限，并且这两个上限都随着易位因子浓度的增加而增加。在强外力作用下，核糖体主要通过主动过程进行易位。在饱和浓度的易位因子，易位是由机械化学的子过程。
2016-11-02 physics.bio-ph q-bio.BM
Using electropolymerization based doping for electro-addressable functionalization of a multi-electrode array probe for nucleic acid detection
在这里，我们报告了一种用于探针的电可寻址功能化的简便方法，所述探针包括用于检测核酸的紧密间隔的三个可单独寻址的碳纤维电极。首先，通过使用微拉拔器拉拔每个筒中具有单个碳纤维的三筒玻璃毛细管来制造包括三个相邻碳纤维电极的多电极阵列探针。第二，基于电聚合的掺杂用于多电极阵列探针的电可寻址功能化。为了证明当前策略有效，通过在特定电极上电聚合吡咯，将抗miR-34 a电接枝到三个电极中的仅一个上。第二个电极仅用聚吡咯（PPy）涂覆，第三个电极保持未改性。电化学阻抗谱（EIS）分析结果表明，PPy + anti-miR-34 a修饰电极的电荷转移电阻在杂交后显著增加，而其他两种修饰电极的电荷转移电阻几乎保持不变。结果表明，本策略具有巨大的潜力，用于构建多个核酸微/纳米生物传感器，用于一次局部和原位检测多个核酸分子，如miRNA。
2017-12-23 physics.app-ph physics.bio-ph physics.chem-ph
Rheology and Viscoelasticity of Proteins and Nucleic Acids Condensates
相分离就像观察醋中的醋与油分离一样熟悉。蛋白质和核酸的相分离在活细胞中广泛存在的观察结果，开启了对生物学中相分离和蛋白质凝聚的生物学意义和生物物理机制的整个研究领域。最近的证据表明，某些蛋白质和核酸凝聚物不是简单的液体，而是显示出粘性和弹性行为，这反过来可能具有生物学意义。这种观点的目的是审查国家的最先进的这一迅速崛起的领域集中在材料和流变学性质的蛋白质缩合物。最后，我们讨论了不同的技术，可以用来量化的凝聚体的粘弹性和突出潜在的未来方向和机会，化学家，物理学家和生物学家之间的跨学科的串扰。
2022-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Secondary structure formation of homopolymeric single-stranded nucleic acids including force and loop entropy: implications for DNA hybridization
环是折叠的DNA和RNA分子中必不可少的二级结构元件，并且在接近解链转变时增殖。使用的核酸二级结构的理论，占对数熵cln m的长度为m的循环，我们研究均聚单链核酸链下的外力和不同的温度。在长链的热力学极限中，链显示低温/低力紧凑（折叠）结构和高温/高力熔融（未折叠）结构之间的相变。c对相图，临界指数，熔化，和力延伸曲线的影响，推导出解析。当拉力为零时，只有在环指数2 < c < 2.479的有限范围内，才可能发生熔融转变;当c <= 2时，链总是处于折叠相，而当2.479 < c时，链总是处于展开相。力诱导的熔融转变与奇异行为是可能的所有环指数c < 2.479，可以观察到实验单分子力谱。这些发现对双链核酸的杂交或变性有意义。用于核酸双链体解链的波兰-谢拉加模型不允许双链的变性区域中相同链上的核苷酸之间的碱基配对。如果序列允许这些链内碱基对，我们表明，对于一个现实的循环指数C ~ 2.1明显的二级结构内出现的单链。这导致双链体的熔化温度低于Poland-Scheraga模型的预测。此外，这些二级结构使表征双链的变性区域的重量的有效环指数重新归一化，并且因此影响双链体解链转变的普遍方面。
2011-04-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Native Mass Spectrometry and Nucleic Acid G-Quadruplex Biophysics: Advancing Hand in Hand
本文综述天然质谱如何揭示 G-四链体的非共价结合、折叠热力学/动力学及气相结构，并结合离子迁移、同位素交换与圆二色离子光谱拓展核酸表征。
2023-06-07 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Twist-stretch relations in nucleic acids
本文提出三维介观哈密顿模型并结合路径积分技术，揭示了A型RNA和B型DNA短螺旋片段在恒定负载下的扭转-拉伸关系与拉伸特性，与千碱基长分子的相反行为一致。
2023-06-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mechanistic Modeling of Lipid Nanoparticle Formation for the Delivery of Nucleic Acid Therapeutics
本文提出通过机理建模方法深入理解脂质纳米颗粒（LNP）形成过程，涵盖物性预测、多尺度建模及工艺控制优化，以促进核酸递送平台的发展。
2025-04-26 cond-mat.soft cs.CE physics.bio-ph
Hadamard magnetization transfers achieve dramatic sensitivity enhancements in homonuclear multidimensional NMR correlations of labile sites in proteins, polysaccharides and nucleic acids
EXSY、TOCSY和NOESY是有机化学和药物化学以及结构生物学中核磁共振实验的基础。有限的磁化传递效率是这些方法的固有缺点，特别是当靶向快速交换的物种，如普遍存在于多糖，侧链和蛋白质的主链，以及在核酸的碱基和糖中的不稳定质子时：通过溶剂交换赋予这些质子的快速去相干，大大减少了它们在同源相关实验中的参与。我们最近讨论了如何将这些去粘合剂可视化为抗芝诺效应，可以利用该效应来提高环投影光谱（L-PROSY）内的homopolysine转移的效率，导致生物分子中酰胺基团的NOESY和TOCSY交叉峰增强200-300%。这项研究表明，甚至更大的灵敏度增益每单位时间，相当于减少了几百倍的实验持续时间，可以实现循环反演或使用饱和程序。在随后的实验中，先验选择的频率根据阿达玛食谱编码，并随后通过线性组合沿间接维度解决。磁化转移（MT）过程让人想起那些发生在CEST提供显着增强所产生的交叉峰，在一个正常的2D实验的采集时间只有一小部分。水，不稳定和非不稳定的质子之间的随后的三路极化转移相互作用的有效性实验证实了蛋白质，高寡糖和核酸。在所有情况下，在常规的2D NMR对应物中几乎检测不到的交叉峰被测量为约。10-倍更快，并与200-600%的信号增强阿达玛MT同行。
2020-04-27 physics.bio-ph physics.chem-ph
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
Urea destabilizes RNA by forming stacking interactions and multiple hydrogen bonds with nucleic acid bases
用尿素滴定RNA是研究RNA稳定力的有效方法。我们使用所有的原子分子动力学模拟使用两个尿素力场和两个RNA结构来阐明在原子细节的尿素水溶液中的折叠RNA的不稳定机制。尿素通过与RNA碱基形成多个氢键使RNA变性，并且对磷酸二酯骨架几乎没有影响。最重要的是，我们发现尿素参与了与碱基的堆积相互作用。我们还首次估计了RNA的m值，这是衡量尿素-RNA相互作用强度的指标。我们的工作提供了一个概念性的了解尿素提高RNA折叠速率的机制。
2009-12-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Pathways for virus assembly around nucleic acids
了解病毒衣壳蛋白围绕其基因组组装的途径可以确定作为潜在药物靶点的关键中间体。在这项工作中，我们使用计算机模拟来表征组装在广泛的衣壳蛋白质相互作用强度和溶液离子强度。我们发现，组装途径可以分为两类，其中中间体是主要有序或无序。我们的研究结果表明，估计蛋白质-蛋白质和蛋白质-基因组结合亲和力可能足以预测哪种途径发生。此外，计算出的相图表明，知识的主导组装途径及其与控制参数的关系，可以确定最佳的策略，以阻止或重定向组装，以阻止感染。最后，模拟轨迹的分析表明，这两类组装途径可以区分在单分子荧光相关光谱或批量时间分辨小角度X射线散射实验。
2014-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Advanced Raman spectroscopy detection of oxidative damage in nucleic acid bases: probing chemical changes and intermolecular interactions in guanosine at ultralow concentration
DNA/RNA合成前体特别容易受到氧化应激后发生的活性氧引起的损伤。鸟苷三磷酸是普遍存在的氧化核位点，其可在复制过程中被错误掺入，导致突变和细胞死亡。在这里，我们提出了一种基于显微拉曼光谱并结合从头算计算的新方法，用于识别、检测和定量低浓度的氧化核苷酸。我们还表明，太赫兹光谱范围内的拉曼特征（< 100 cm $^{-1}$）包含有关四分体中鸟嘌呤分子间组装的信息，这可以进一步提高氧化损伤检测限。最后，我们提供的证据表明，类似的分析可以进行在非常小的体积在非常低的浓度，通过利用表面增强拉曼散射结合适当设计的超疏水基板的高灵敏度的样品。这些结果为采用这种先进的光谱方法定量检测细胞中核苷酸的氧化损伤铺平了道路。
2021-03-17 physics.bio-ph physics.chem-ph
A two-state model for helicase translocation and unwinding of nucleic acids
解旋酶是解旋双链核酸（dsNA）如DNA和RNA的分子马达。通常，解旋酶在解旋时沿着NA单链之一易位，并使用三磷酸腺苷（ATP）水解作为能量来源。在这里，我们模拟了可以在两种状态之间切换的解旋酶马达，这可以代表ATP水解循环中的两个不同点。我们的模型是早期Betterton-Jülicher解旋酶模型的扩展，将两种状态之间的切换。该模型的主要预测是解旋的dsNA的速度和平均解旋速度周围的波动。出于最近声称丙型肝炎病毒的NS 3解旋酶遵循闪烁棘轮机制的动机，我们将NS 3解旋酶的实验结果与我们的模型的特殊限制进行了比较，该模型对应于闪烁棘轮场景。我们的模型占NS 3解旋酶的实验数据的一个关键特征。然而，在不同条件下进行的实验中相互矛盾的观察限制了将模型与实验进行比较的能力。
2008-04-21 physics.bio-ph
Base pair fluctuations in helical models for nucleic acids
本文提出了一种估算核酸三维介观模型中碱基对涨落最大振幅的统计方法。碱基对围绕螺旋直径的热振动被视为嵌入在稳定的螺旋结构中的颗粒的布朗运动。返回到初始位置的概率计算，作为时间的函数，通过整合的粒子路径一致的物理性质的模型潜力。首次通过概率的零时间条件定义了选择各种宏观螺旋构象的积分截止的约束，通过调整沿着分子堆叠的相邻碱基对之间的扭曲、弯曲和滑动运动来获得。应用该方法在室温下短的均匀链，我们得到有意义的估计，在扭曲构象的最大波动与$\sim 10.5$碱基对每螺旋转，典型的双链DNA螺旋。解开双螺旋，碱基对波动扩大和积分截止增长。发现在存在缩短螺旋轮廓长度的滑动运动的情况下，截止值也增加，这是dsRNA分子特有的情况。
2021-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Effects and limitations of a nucleobase-driven backmapping procedure for nucleic acids using steered Molecular Dynamics
粗粒度模型对于解决核酸结构预测问题有很大的帮助。一方面，它们可以使预测更有效，而另一方面，它们也可以帮助识别一些结构的描述的基本自由度和相互作用。为了给我们的SPlit和conQueR（SPQR）粗粒度RNA模型的预测提供一个明确的溶剂中的全原子表示，我们最近引入了一个反向映射过程，该过程通过引导分子动力学将预测的结构强制转换为原子结构.这些模拟使ERMSD最小化，ERMSD是一种专门处理原子表示和目标结构之间的核碱基相对排列的特定度量。在本文中，我们探讨了这种方法对所产生的相互作用网络和骨干构象的影响，通过将其应用于一组片段作为目标，其天然结构。我们发现，目标结构的几何形状可以可靠地恢复，与不成对的基地，如凸起的区域的限制。此外，我们观察到，折叠途径也可以根据ERMSD定义中使用的参数和其他指标（如RMSD）的使用而变化。
2017-12-14 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Electrostatic Binding and Hydrophobic Collapse of Peptide-Nucleic Acid Aggregates Quantified Using Force Spectroscopy
了解自聚集肽与核酸或其他聚阴离子之间的相互作用机制是理解多种人类疾病（例如阿尔茨海默病和帕金森病）的许多聚集过程的关键。由于疏水自聚集力和静电结合力之间的竞争，确定这种相互作用的亲和力和动力学步骤是具有挑战性的。Kahalalide F（KF）是一种抗癌疏水肽，其含有单个正电荷，赋予与聚阴离子的强聚集特性。这使得KF成为一个理想的模型，以阐明自聚集与结合到一个强电荷的生物体，如DNA竞争的机制。我们使用光镊施加机械力到单个DNA分子，并表明KF和DNA相互作用在两步动力学过程中促进的DNA的静电结合到聚集体表面，然后由复合物的稳定，由于疏水相互作用。从所测量的拉动曲线，我们确定的结合亲和力，动力学障碍和长度的DNA片段内的KF-DNA复合物隔离的光谱。我们发现有一个捕获的距离，超过这个距离，复杂的崩溃成紧凑的聚集体稳定的强疏水力，并讨论如何弯曲刚度的核酸影响这样的过程。我们推测，在体内环境中，KF的静电相互作用增强，由于其聚集可能介导的其他聚阴离子的结合。所提出的方法应该是有用的定量表征其他化合物或蛋白质中的聚集体的形成是相关的。
2014-08-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Design of an Efficient, Ease-of-use and Affordable Artificial Intelligence based Nucleic Acid Amplification Diagnosis Technology for Tuberculosis and Multi-drug Resistant Tuberculosis
University of Cambridge（剑桥大学）；Suresh Gyan Vihar University（苏雷什·吉安·维哈尔大学）
目前的技术，有助于诊断结核分枝杆菌的同时检测和耐药性的一线抗结核药物（异烟肼和利福平）是专为实验室为基础的设置，是负担不起的大规模测试的实施。结核病诊断仪器通常需要在资源匮乏的环境中使用，能否在最后一英里的定点公共卫生中心实施，取决于制造成本、易用性、自动化和便携性。本文讨论了一种便携式、低成本、机器学习的自动化核酸扩增检测（NAAT）设备，该设备采用基于智能手机的荧光检测，使用新型图像处理和色度检测算法。为了测试仪器，对跨越两种浓度（40 ng/uL和200 ng/uL）的cDNA稀释液进行实时聚合酶链式反应（qPCR）实验，并验证多重阳性对照测定的灵敏度检测。
2021-04-14 cs.LG eess.IV physics.bio-ph
Asymmetric periodic boundary conditions for molecular dynamics and coarse-grained simulations of nucleic acids
本文提出沿核酸链方向与垂直溶剂化方向区别处理的非对称周期性边界条件（APBC），通过粗粒化蠕虫状链模型和全原子DNA模拟验证其可减小有限尺寸效应并揭示序列依赖性质。
2023-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Extending the Operational Lifetime of Nucleic Acid-Based Electrochemical Sensors via Protection Against Competitive Displacement of Oligonucleotides
针对基于核酸的电化学传感器在生物流体中运行超过12小时后因寡核苷酸竞争性置换而衰减的问题，本文提出一种生物流体模拟物并展示三种缓解策略，显著提升传感器在体外和活体大鼠脑内的稳定性。
2024-06-28 physics.bio-ph
White and green rust chimneys accumulate RNA in a ferruginous chemical garden
核酸积累的机制可能对早期地球含铁海洋中生命的出现至关重要。究竟是如何从稀水溶液中积累核酸的生物前地质环境，是知之甚少。作为一个可能的解决方案，这个浓度的问题，我们模拟的条件下，前生物的低温碱性热泉喷口共沉淀实验，调查潜在的含铁化学花园积累核酸通过吸附。在缺氧条件下（O2 <0.01%当前大气水平）和周遭温度下，将碱性溶液注入人工含铁溶液中，导致了铁锰铅矿（白锈）的沉淀，铁锰铅矿（白锈）迅速转化为含氯化物的铁锰铅矿（绿锈）。RNA仅在磷酸盐缓冲液存在下从含铁溶液中提取，表明溶液中的RNA与Fe 2+离子结合。在烟囱形成过程中，这种铁结合的RNA迅速积累在白色和绿色的铁锈烟囱结构中，因为它从周围的溶液中耗尽。我们的研究结果表明，在早期地球的海洋中，白色和绿色的铁锈烟囱可能是能够快速隔离和积累RNA的关键地球化学特征。这代表了一种新的核酸积累机制，除了干湿循环，并可能促进RNA在稀释的益生元海洋中的生存。
2022-12-06 physics.bio-ph physics.geo-ph q-bio.BM
Exact and efficient calculation of Lagrange multipliers in constrained biological polymers: Proteins and nucleic acids as example cases
为了加快分子动力学模拟的速度，通常会对分子动力学模拟的最硬自由度施加完整约束。以这种方式，可以增加用于积分运动方程的时间步长，从而原则上允许达到更长的总模拟时间。这种约束的施加导致了Nc方程（约束方程）和未知数（其相关的拉格朗日乘子）的一个集合，其必须在动力学的每个时间步长以一种或另一种方式求解。在这项工作中，它表明，由于基本上是线性结构的典型的生物聚合物，如核酸或蛋白质，代数方程，需要解决的涉及一个矩阵，如果约束条件被标记在一个聪明的方式。这允许通过非迭代过程获得拉格朗日乘子，其可以被认为精确到机器精度，并且其需要O（Nc）操作，而不是一般分子系统的通常O（Nc 3）。我们开发的形式主义，并描述了适当的索引的一些模型分子，烷烃，蛋白质和DNA。最后，我们提供了一个数值例子的技术在一系列的聚丙氨酸肽的不同长度的琥珀分子动力学包。
2011-03-23 physics.bio-ph physics.comp-ph
Multivalent ion-mediated nucleic acid helix-helix interactions: RNA versus DNA
离子介导的相互作用对核酸的结构和稳定性至关重要。最近的实验表明，多价离子诱导的双链RNA和DNA的聚集可能强烈依赖于螺旋的拓扑性质，而在原子水平上的离子介导的相关相互作用仍然缺乏理解。本文采用原子分子动力学模拟直接计算了六氨合钴离子（Co-Hex）溶液中双链RNA和双链DNA之间的平均力势（PMF）。计算结果表明，当[Co-Hex]较低时，B-DNA之间和A-RNA之间的PMF都是（强）排斥的，而当[Co-Hex]较高时，B-DNA之间的PMF是强吸引的，而A-RNA之间和A-DNA之间的PMF仍然是（弱）排斥的。微观分析表明，对于A型螺旋，Co-Hex将成为深大沟的内结合，从而不能在相邻螺旋之间形成明显的离子桥;而对于没有深大沟的B型螺旋，Co-Hex将表现出外结合，从而强有力地桥接相邻螺旋。此外，我们进一步的计算表明，A-RNA之间的PMF可能会变得很强的吸引力，无论是在很高的[Co-Hex]或当深大沟底部固定有一层水。
2015-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Bayesian Rate Inference for Sequence Motif Dynamics in Systems of Reactive Nucleic Acids
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
提出贝叶斯推断框架，从链反应器模拟的连接计数数据中推断基序速率方程参数，为匹配简化模型与复杂模拟提供方法，并迈向从实验数据直接推断反应速率常数。
2026-06-11 physics.bio-ph physics.data-an q-bio.BM
Diversifying Design of Nucleic Acid Aptamers Using Unsupervised Machine Learning
McGill University（麦吉尔大学）；Montreal Institute for Learning Algorithms（蒙特利尔学习算法研究所）；National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）；New York University（纽约大学）；University of Toronto（多伦多大学）
短单链RNA和DNA序列（适体）的反向设计是寻找满足一组期望标准的序列的任务。相关的标准可以是，例如，特定的折叠基序的存在下，结合到分子配体，传感特性，等等。最实用的方法来适配体设计识别一小组有前途的候选序列使用高通量实验（如SELEX），然后通过引入只有很小的修改经验发现的候选人优化性能。具有所需性质但化学组成差异巨大的序列将增加搜索空间的多样性，并有助于发现有用的核酸适体。需要有系统的多样化协议。在这里，我们建议使用一种称为Potts模型的无监督机器学习模型来发现具有可控序列多样性的新的有用序列。我们首先使用最大熵原理在一小部分由共同特征统一的经验识别序列上训练Potts模型。为了生成具有可控多样性程度的新候选序列，我们利用模型的谱功能：将与训练集相似的序列与不同的序列分开的能带隙。通过控制采样的Potts能量范围，我们生成的序列与训练集不同，但仍然可能具有编码的特征。为了证明性能，我们应用我们的方法来设计不同的池的序列与指定的二级结构基序在30聚体RNA和DNA适体。
2022-08-10 cs.LG physics.bio-ph
Binding of Pheophorbide-a methyl ester to nucleic acids of different secondary structures: A spectroscopic study
用吸收光谱法和偏振荧光光谱法研究了中性脱镁叶绿酸-a甲酯（MePheo-a）与各种合成多核苷酸（poly（A）-poly（U）、poly（G）-poly（C）和四链poly（G））以及小牛胸腺DNA的结合。在低离子强度（2 mM Na+）的缓冲水溶液（pH 6.9）中以宽范围的磷酸盐与染料的摩尔比（P/D）进行测量。染料和生物聚合物之间形成的复合物的吸收和荧光特性进行了测定。MePheo-a与四链聚（G）的结合显示伴随着最显著的光谱转换：染料吸收的减色性、Soret吸收带（~26 nm）和荧光带（~9 nm）最大值的大变色位移、染料发射强度的48倍增强。相反，其与双链多核苷酸和天然DNA的结合仅诱导吸收和荧光带的小位移，以及不超过4倍的荧光强度上升。在MePheo-a与四链体聚（G）结合后观察到的大量光谱变化和高值的荧光偏振度（0.26）允许我们提出染料发色团在鸟嘌呤四联体之间的插入。同时，当染料与双链生物聚合物结合时，小的光谱变化和MePheo-a荧光偏振度（0.12）的不显著增加指向另一种结合类型。MePheo-a掺入到螺旋沟中被认为是以二聚体形式发生的。与四链聚（G）结合后MePheo-a发射的显着增强使我们能够提出该化合物作为新的荧光探针G-四链体结构。
2018-11-05 physics.bio-ph q-bio.BM
Helicase processivity and not the unwinding velocity exhibits universal increase with force
本文通过推广解旋酶持续解旋模型，统一解释了速度与持续合成能力对力的不同响应，预测持续合成能力随力增加是普遍特征，并以T7和NS3解旋酶为例验证，提出单链结合蛋白可能与之共同进化。
2015-05-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
An efficient algorithm to compute the minimum free energy of interacting nucleic acid strands
本研究针对无伪结多核酸链最小自由能（MFE）计算的开放问题，提出首个O(N^4)多项式时间算法，通过对称对称界和回溯算法解决旋转对称难题，与已有配分函数算法渐近时间一致。
2024-07-12 cs.CC cs.DM cs.DS
Vector-free DNA transfection by nuclear envelope mechanoporation
针对现有核酸递送方法的载体缺陷及机械法穿孔的局限，本研究提出集成高纵横比纳米刺针的微流控装置，可直接向细胞核递送裸DNA，实现高存活率、高表达速度且通量显著高于显微注射，有望用于快速制备大量基因工程细胞治疗疾病。
2025-10-02 physics.bio-ph
Mixed molecular motor traffic on nucleic acid tracks: models of transcriptional interference and regulation of gene expression
RNA聚合酶（RNAP）是一种分子机器，它使用单链DNA（ssDNA）作为相应的模板聚合RNA分子（线性杂聚物）; RNA的单体序列由ssDNA模板上的单体序列决定。当聚合RNA时，RNAP在ssDNA模板上以特定的方向一步一步地行走。因此，RNAP也可以被认为是一个分子马达，它在DNA上行走的开始和停止位点标志着它转录成RNA的遗传信息的两端。两个重叠基因的转录干扰被认为调节它们的表达水平，即，通过一种对另一种的抑制作用，相应RNA合成的总速率。在这里，我们模拟这个过程作为一个混合的交通两组RNAP电机的特点是由两个不同的对开始和停止网站。每个基团聚合相同的RNA拷贝，而两个基团聚合的RNA是不同的。这些模型，这也可以被视为两个干扰完全不对称的简单的排斥过程，占所有模式的转录干扰，尽管他们的极端简单。平均场论和计算机模拟的组合，这些模型证明了开关样调节的两个干扰基因在两组RNAP电机的同向和反向交通的物理起源。
2015-02-25 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Single virus fingerprinting by widefield interferometric defocus-enhanced mid-infrared photothermal microscopy
提出宽场干涉离焦增强中红外光热（WIDE-MIP）显微镜，实现单病毒的高通量指纹识别，揭示了病毒蛋白与核酸特征以区分DNA和RNA病毒。
2023-08-04 physics.bio-ph physics.optics
Computational biology approach to uncover hepatitis C virus helicase operation
丙型肝炎病毒解旋酶是一种在病毒复制过程中分裂核酸双链体结构的分子马达，因此代表了抗病毒治疗的有希望的靶标。因此，详细了解其运作机制将有助于开发旨在抑制解旋酶活性的有效药物辅助疗法。尽管在过去进行了广泛的调查，一个彻底的了解，这一重要的蛋白质的活动是缺乏的，因为潜在的内部构象运动无法解决。在这里，我们回顾了我们以前对HCV解旋酶进行的调查。使用基于结构的计算建模方法，可以在结构解析的模拟中跟踪这种马达蛋白的整个操作周期，并揭示它沿着核酸移动并完成链分离的机制。我们还讨论了从该研究中观察到的结果，根据最近的实验研究证实了我们的发现。
2013-11-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Calculating potential of mean force between like-charged nanoparticles: a comprehensive study on salt effects
离子对聚电解质如核酸的结构和稳定性至关重要。本文利用蒙特卡罗模拟系统地计算了盐溶液中两个带相同电荷的纳米粒子之间的平均力势。采用伪弹簧方法计算了平均力势，并与逆玻尔兹曼方法进行了系统的比较。预测了二价/三价盐溶液中两个带相同电荷的纳米颗粒之间的有效吸引力，并且这种吸引力在非常高的盐浓度下变得减弱。我们的分析表明，对于该系统，离子桥纳米粒子的配置是负责的吸引力，和阴离子的入侵到纳米粒子之间的区域在高盐浓度将导致吸引力减弱，而不是电荷反转效应。本方法将用于计算核酸折叠过程中的有效相互作用。
2013-05-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Deciphering the chemical grammar of protein-RNA condensates
Center for Life Nano & Neuro Science, Italian Institute of Technology（意大利理工大学生命纳米与神经科学中心）；Department of Physics, Sapienza University of Rome（罗马大学物理系）
研究通过分子动力学模拟揭示蛋白质-核糖核酸凝聚体的化学相互作用机制，发现短肽单元能自发形成凝聚体，核酸具有特定的调控逻辑，核碱基可调节凝聚体的性质。
2026-04-18 physics.bio-ph
DNA entropic elasticity for short molecules attached to beads
在单分子实验中，力被施加到DNA或RNA分子上，使得核酸性质和核酸-酶相互作用的重要发现成为可能。这些实验依赖于聚合物力延伸行为的模型来校准实验;通常实验使用蠕虫状链（WLC）理论用于双链DNA和RNA。这一理论与长分子的实验结果吻合得很好。最近的单分子实验使用较短的分子，其轮廓长度在1-10个持久长度的范围内。迄今为止，大多数WLC理论计算都假设分子长度为无限长，并且与较短链的实验不一致。当使用较短分子时变得重要的关键物理效应包括（i）约束分子末端处允许的波动的边界条件和（ii）聚合物所连接的珠的旋转波动，其改变分子的表观延伸。我们描述了有限蠕虫状链（FWLC）理论，它考虑到这些影响。我们表明FWLC预测偏离经典的WLC解决方案的分子轮廓长度的几倍的持久性长度。因此，FWLC将允许更准确的实验校准相对较短的分子，促进未来的发现在单分子力显微镜。
2006-01-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A physicist's view of DNA
核酸，如DNA和RNA，是存在于任何生命形式中的分子。它们最显著的功能是编码生物信息。那么，为什么物理学家会对这些分子感兴趣呢？正如我们将看到的，DNA是物理学家测试和探索物理定律和理论的有趣分子工具，如遍历定理，弹性理论和信息论。DNA还具有独特的材料特性，吸引了材料科学家，纳米技术专家和工程师。在这一领域的有趣的发展是基于DNA的杂交材料和DNA折纸。
2013-11-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Force Dependent Hopping Rates of RNA Hairpins can be Estimated from Accurate Measurement of the Folding Landscapes
核酸发夹的序列依赖性折叠景观反映了生物分子折叠的复杂性。折叠轨迹，使用单分子力钳实验所产生的附加半柔性聚合物的发夹的末端已被用来推断其折叠景观。使用模拟和理论，我们研究的效果的动态连接的处理上的发夹-免费的RNA自由能曲线$F^o_{eq}(z_m)$，其中$z_m$是发夹的分子延伸。精确测量$F^o_{eq}(z_m)$需要具有小$L/l_p$的刚性聚合物，其中$L$是手柄的轮廓长度，$l_p$是持久长度。奇怪的是，跳频速率的可靠估计只能使用灵活的手柄。尽管如此，我们表明，平衡自由能分布$F^o_{eq}(z_m)$在外部张力$f_m$，力（$f$），在折叠和未折叠的状态是同样填充，结合Kramers的理论，可以提供准确的估计力依赖的跳跃率在没有处理在任意值的$f$。我们的理论框架表明，$z_m$是一个很好的反应坐标核酸发夹在张力下。
2008-08-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Experimental measurement of binding energy, selectivity and allostery using fluctuation theorems
结合反应的热力学本体测量严格依赖于质量作用定律的有效性和稀溶液的假设。然而，重要的生物系统，如变构配体受体结合，大分子拥挤，或错误折叠的分子可能不遵循这一基本规律，并需要一个特定的反应模型。在这里，我们介绍了一个波动定理配体结合和实验方法，使用单分子力谱，以确定结合能，选择性和变构的核酸，蛋白质和肽在一个模型独立的方式。这项工作将涨落定理的应用扩展到单分子折叠反应之外，桥接了小系统的热力学和化学平衡的基本定律。
2017-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Ion-Modulated Polyelectrolyte Complexation of DNA and Polyacrylic Acid from Molecular Dynamics Simulations
The Cyprus Institute（塞浦路斯研究所）；University of Crete（克里特大学）；Foundation for Research and Technology Hellas（希腊研究与技术基金会）；University of Vienna（维也纳大学）
研究通过分子动力学模拟揭示了不同离子对DNA与PAA复合物稳定性及结构的影响，发现Ca2+促进持久结合，Mg2+介导较弱的瞬时相互作用，Na+则仅起静电屏蔽作用。
2026-01-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
