Kellan Kremer, Kyle Jensen, Erin Boggess, Walker Mask, Tony Saucedo, JJ Hansen, Ian Appelgate, Taylor Jurgensen, Aaron Santos
We characterize the equation of state for a simple three-dimensional DNA hairpin model using a Metropolis Monte Carlo algorithm. This algorithm was run at constant temperature and fixed separation between the terminal ends of the strand. From the equation of state, we compute the compressibility, thermal expansion coefficient, and specific heat along with adiabatic path.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
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。
The role of loop stacking in the dynamics of DNA hairpin formation
我们使用一个核苷酸水平的DNA粗粒度模型oxDNA研究DNA发夹形成的动力学。特别是，我们探讨了环堆积相互作用和非天然碱基配对对发夹闭合时间的影响。我们发现发夹闭合时间随温度的非单调变化，与Wallace等人的实验工作一致。Sci. USA 2001，98，5584-5589]。发夹闭合过程包括茎之间的一个或两个键的初始核的形成，随后茎的快速拉链化。在高温下，通常高于发夹熔化温度，观察到有效的负活化焓，因为核具有比开放状态低的焓。相比之下，在低温下，活化焓变为正，主要是由于弯曲环的能量成本增加，该环随着温度降低而变得越来越高度堆叠。我们表明，堆叠必须是非常强大的诱导实验观察到的行为，以及沿着环的存在，只有几个薄弱的堆叠点可以大大抑制it. Non-native碱基对观察到只有一个小的影响，略有加速发夹的形成。
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。
Role of loop entropy in the force induced melting of DNA hairpin
在恒力系综中研究了单链DNA的动力学行为，它可以形成发夹结构。利用Langevin动力学模拟，我们得到了力-温度图，这与基于晶格模型的理论预测不同。对茎的极端碱基的概率分析表明，在高温下，发夹到卷曲的转变是熵主导的，并且环在其打开中起重要作用。然而，在低温下，转变是力驱动的，发夹从茎侧打开。结果表明，弹性能起着至关重要的作用，在高的力。结果表明，相图与理论预测有很大差异。
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。
Electrochemical DNA Hairpin Sensors for Differentiating Small Molecule Intercalation from Minor Groove Binding
研究通过设计不同茎长和序列的发夹结构，优化电化学DNA传感器，实现对嵌入剂的灵敏检测，并能区分嵌入剂与小沟结合剂。
Dynamic force spectroscopy of DNA hairpins. I. Force kinetics and free energy landscapes
我们研究了DNA发夹结构在机械力作用下折叠/展开的热力学和动力学。我们引入了分子自由能景观的概念，并推导出简化的表达式依赖于力的Kramers-Bell率。为了验证这一理论，我们设计了一个特定的DNA发夹序列，它在机械张力下显示出两种状态的合作折叠，并使用光镊进行了拉伸实验。我们展示了我们如何可以确定的参数，这些序列的分子自由能景观的断裂力动力学研究。最后，我们结合这样的动力学研究与克鲁克斯波动关系的实验研究，推导出形成的发夹在零力的自由能。
Unfolding kinetics of periodic DNA hairpins
具有周期性碱基序列的DNA发夹分子可以预期表现出规则的粗粒度自由能景观（FEL）作为开放碱基对的数量和施加的机械力的函数。使用一个常用的模型，我们首先分析的序列类型的一个特别简单的景观结构预测，其中部分未折叠状态之间的向前和向后的能量障碍线性下降的力量。随后用动力学蒙特卡罗模拟生成了这种分子与简单自由电子激光的随机展开轨迹。引入可以从这些轨迹采样的概率，它示出了如何表征自由电子激光的参数可以估计。已经有300个轨迹，通常在实验中产生的，提供忠实的结果的自由电子激光参数。
We study hairpin folding dynamics by means of extensive computer simulations, with particular attention paid to the influence of helicity on the folding time $τ$. We find that the dynamical exponent $α$ of the anomalous scaling $τ\sim N^α$ for a hairpin with length N changes from 1.6 ($1+ν$) to 1.2 ($2ν$) in three dimensions, when duplex helicity is removed. The relation $α= 2ν$ in rotationless hairpin folding is further verified in two dimensions ($ν= 0.75$), and for a ghost-chain ($ν= 0.5$). This, to our knowledge, is the first observation of the theoretical lower bound on $α$, which was pre…
Dynamic force spectroscopy of DNA hairpins. II. Irreversibility and dissipation
我们研究了在机械力作用下，单分子以两态方式协同折叠/展开的不可逆性和耗散。我们应用路径热力学推导出两态系统的平均耗散功和平均跳跃数的解析表达式。它示出了如何这些数量只依赖于两个参数，其特征在于折叠/展开动力学的分子：脆弱性和共存跳跃率。后者必须重新调整，以考虑到适当的实验设置。最后，我们在一个专门设计的DNA发夹结构中进行了光镊拉伸实验，该发夹结构显示了两态合作折叠。然后，我们使用这些实验结果来验证我们的理论预测。
If a semiflexible polymer confined to a narrow channel bends around by 180 degrees, the polymer is said to exhibit a hairpin. The equilibrium extension statistics of the confined polymer are well understood when hairpins are vanishingly rare or when they are plentiful. Here we analyze the extension statistics in the intermediate situation via experiments with DNA coated by the protein RecA, which enhances the stiffness of the DNA molecule by approximately one order of magnitude. We find that the extension distribution is highly non-Gaussian, in good agreement with Monte Carlo simulations of co…
DNA melting: intra base-pair dynamics and a vector generalization of the Peyrard-Bishop-Dauxois model
本文提出一个原子级
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。
Theory of force-extension curve for modular proteins and DNA hairpins
我们研究了一个描述模块化蛋白质，核酸和其他生物分子的力延伸曲线的模型，这些生物分子由几个单一的单元或模块组成。在介观水平的描述，系统的配置是由每个单元的伸长率。系统自由能包括每个单元的双阱势和它们之间的弹性近邻相互作用。最小化的自由能产生系统的平衡特性，而其动力学是由（过阻尼）朗之万方程的伸长率，其中摩擦和噪声振幅相关的波动耗散定理。我们的结果，无论是平衡和动力学的情况下，包括力或长度控制下的系统力-延伸曲线的分析和数值描述，并同意与生物分子的实际实验非常好。我们的结论也适用于其他物理系统，包括一些亚稳态单位，如存储系统或半导体超晶格。
The effect of topology on the structure and free energy landscape of DNA kissing complexes
我们使用最近开发的粗粒度模型的DNA研究接吻复合物形成的互补发夹环杂交。由于环的连接数必须保持不变，因此环的连接受到拓扑约束。通过研究连接数为-1，0或1的系统，我们发现当拓扑结构更有利于右旋缠绕时，链间碱基对的平均数更大。当连接数从-1到0到1变化时，亲吻配合物的热力学稳定性也降低。接吻复合物的结构通常涉及两个分子间螺旋，其在平行的四向连接处与发夹茎同轴堆叠。
Single-molecule stochastic resonance
随机共振是动力系统中的一种常见现象。它包括随机噪声辅助下系统响应的放大和优化。在这里，我们进行了第一次实验研究SR在单一的DNA发夹，表现出合作折叠/展开过渡的作用下施加的振荡机械力与光镊。通过改变力振荡的频率，我们研究了在周期性驱动的自由能势中DNA发夹的折叠/去折叠动力学。我们测量了几个SR量化器在不同条件下的实验装置，如陷阱刚度和长度的分子手柄用于单分子操作。我们发现，信噪比（SNR）的测量波动的DNA发夹的分子延伸的光谱密度是一个很好的量化的SR。SNR的频率依赖性表现出一个峰值的共振匹配条件下给出的频率值。最后，我们进行了实验，显示如何SR可能是有用的，以提高检测低信噪比的构象分子转换的短发夹。
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。
Universal 1/f Noise in the Power Spectra of Energy Time-series in Solvated DNA Dynamics
本研究通过分子动力学模拟发现，溶剂化DNA在不同构象下的能量时间序列均呈现普适的1/f噪声（指数约0.90），且DNA拓扑与结构刚性通过调节环境耦合影响噪声特征，揭示了拓扑-环境相互作用对DNA随机行为的调控机制。
Because of the potential link between -1 programmed ribosomal frameshifting and response of a pseudoknot (PK) RNA to force, a number of single molecule pulling experiments have been performed on PKs to decipher the mechanism of programmed ribosomal frameshifting. Motivated in part by these experiments, we performed simulations using a coarse-grained model of RNA to describe the response of a PK over a range of mechanical forces ($f$s) and monovalent salt concentrations ($C$s). The coarse-grained simulations quantitatively reproduce the multistep thermal melting observed in experiments, thus va…
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）。
Using theory and simulations, we carried out a first systematic characterization of DNA unzipping via nanopore translocation. Starting from partially unzipped states, we found three dynamical regimes depending on the applied force, f: (i) heterogeneous DNA retraction and rezipping (f < 17pN), (ii) normal (17pN < f < 60pN) and (iii) anomalous (f > 60pN) drift-diffusive behavior. We show that the normal drift-diffusion regime can be effectively modelled as a one-dimensional stochastic process in a tilted periodic potential. We use the theory of stochastic processes to recover the potential from …
Sequence-dependent thermodynamics of a coarse-grained DNA model
我们引入了一个粗粒度DNA模型的序列依赖参数化[T。E. Ouldridge，A. A.路易斯和J.P.K. Doye，J.Chem.Phys.134，085101（2011）]，最初设计用于再现具有平均序列的DNA分子的性质。新的参数化引入了序列依赖性堆叠和碱基配对的相互作用强度，选择重现短双链体的解链温度。通过开发直方图重新加权技术，我们能够将我们的参数拟合到数千个序列的解链温度。为了证明该模型的灵活性，我们研究了序列对以下各项的影响：（a）单链的非均质堆叠转变，（b）双链体在其熔点磨损的倾向，（c）堆叠强度的影响环中发夹的熔化温度，（d）单链的力延伸性质和（e）接吻环复合物的结构。在可能的情况下，我们比较我们的结果与实验数据，并找到一个很好的协议。一个名为oxDNA的模拟代码，实现了我们的模型，可以作为免费软件使用。
Thermodynamic relations for DNA phase transitions
从纯热力学的角度考虑力诱导的双链DNA解链跃迁。这种分析为我们提供了一组关系，可以用来检验微观理论和实验。热力学方法是基于拉链状态下力的不可穿透性的假设。熔化和解压缩转换被认为是在同一框架下，并与现有的统计模型的结果进行比较。然后将分析扩展到可能的连续解压缩过渡。
Overstretching of B-DNA is currently understood as force-induced melting. Depending on the geometry of the stretching experiment, the force threshold for the overstretching transition is around 65 or 110 pN. Although the mechanisms behind force-induced melting have been correctly described by Rouzina and Bloomfield \cite{RouzinaBloomfield2001a}, neither force threshold has been exactly calculated by theory. In this work, a detailed analysis of the force-extension curve is presented, based on a description of single-stranded DNA in terms of the discrete Kratky-Porod model, consistent with (i) t…
Thermodynamics of Twisted DNA with Solvent Interaction
虚时间路径积分形式主义适用于一个非线性哈密顿的一个短片段的异质DNA与稳定溶剂相互作用项。扭转效应通过沿分子主链堆叠的相邻碱基对之间的扭转角来建模。的碱基对位移所描述的合奏温度依赖的路径，从而纳入这些起伏的影响，形状的多步热变性。通过对$\sim 10^7 - 10^8$碱基对路径求和，大量的双螺旋构型与模型势的物理要求一致地被考虑在内。配分函数被计算为扭曲的函数。结果表明，B-DNA在室温下特有的平衡扭转角，对碱基对氢键的热破坏产生最稳定的螺旋几何形状。这一结果证实了计算的开放碱基对和比热的分数等物理性质。
Exons, introns and DNA thermodynamics
真核生物的基因的特征在于蛋白质编码片段，外显子，被内含子中断，即DNA片段，其不携带任何对蛋白质合成有用的信息。我们分析了随机选择的人类cDNA序列的熔解行为，这些cDNA序列是通过去除所有内含子从基因组DNA中获得的。外显子和解链域之间观察到明确的对应关系。这一发现可能为基因进化的物理机制提供新的见解。
DNA Calorimetric Force Spectroscopy at Single Base Pair Resolution
本研究结合温度跃变光阱的单DNA机械解链实验与机器学习，推导出NN模型的温度相关能量参数，并测量了十个未知的热容变化参数$ΔC_p$，为准确研究各类核酸结构提供了开创性方法。
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。
I present a Hamiltonian model and a computational method suitable to evaluate structural and thermodynamic properties of helical molecules embedded in crowded environments which may confine the space available to the base pair fluctuations. It is shown that, for the specific case of a short DNA fragment in a nanochannel, the molecule is markedly over-twisted and stretched by narrowing the width of the channel.
Complexes of cationic and neutral lipids and DNA (lipoplexes) are emerging as promising vectors for gene therapy applications. Their appeal stems from their non pathogenic nature and the fact that they self-assemble under conditions of thermal equilibrium. Lipoplex adhesion to the cell plasma membrane initiates a three-stage process termed transfection, consisting of (i) endocytosis, (ii) lipoplex breakdown, and (iii) DNA release followed by gene expression. As successful transfection requires lipoplex degradation, it tends to be hindered by the lipoplex thermodynamic stability; nevertheless, …
A kinetic theory is developed for exonuclease-deficient DNA polymerases, based on the experimental observation that the rates depend not only on the newly incorporated nucleotide, but also on the previous one, leading to the growth of Markovian DNA sequences from a Bernoullian template. The dependences on nucleotide concentrations and template sequence are explicitly taken into account. In this framework, the kinetic and thermodynamic properties of DNA replication, in particular, the mean growth velocity, the error probability, and the entropy production in terms of the rate constants and the …
Kinetic theory and thermodynamics are applied to DNA polymerases with exonuclease activity, taking into account the dependence of the rates on the previously incorportated nucleotide. The replication fidelity is shown to increase significantly thanks to this dependence at the basis of the mechanism of exonuclease proofreading. In particular, this dependence can provide up to a hundred-fold lowering of the error probability under physiological conditions. Theory is compared with numerical simulations for the DNA polymerases of T7 viruses and human mitochondria.
Thermodynamics of G.A mispairs in DNA: continuum electrostatic model
在DNA解链过程中对含有G. A错对或G.A/A.G串联的双链体的稳定性的分析已经揭示了双链体的稳定性取决于DNA序列和G. A错对的构象。G. A错对所采用的G（anti）.A（syn）和G（anti）.A（anti）构象的单对打开热力学与典型碱基对的单对打开热力学有很强的相关性，而剪切构象的热力学则有显著的差异。
Literature data on the properties of DNA open states are reviewed and analyzed. These states are formed as a result of strong DNA fluctuations and have a great impact on a number of biochemical processes; among them is charge transfer in DNA, for example. A comparative analysis of experimental data on the kinetics and thermodynamics of DNA open states for a wide temperature range was carried out. Discrepancies between the results of various experiments have been explained. Three types of DNA open states are recognized based on their differences in thermodynamic properties and other characteris…
DNA is an astonishing material that can be used as a molecular building block to construct periodic arrays and devices with nanoscale accuracy and precision. Here, we present simple bead-spring model of DNA nanostars having three, four and five arms and study their self-assembly using molecular dynamics simulations. Our simulations show that the DNA nanostars form thermodynamically stable fully bonded gel phase from an unstructured liquid phase with the lowering of temperature. We characterize the phase transition by calculating several structural features such as radial distribution function …
Homochirality through Photon-Induced Melting of RNA/DNA: the Thermodynamic Dissipation Theory of the Origin of Life
生命分子的同手性一直是一个令人烦恼的问题，至今没有普遍接受的解决方案。由于手性核苷酸的外消旋混合物阻碍RNA和DNA的延伸和复制，因此理解同手性的起源对生命起源的研究具有重要意义。在这里，我们提出了一个新的解决方案的同手性问题的基础上最近提出的热力学耗散理论的起源生命。当太古代海洋表面温度接近RNA/DNA的变性温度时，RNA/DNA的不对称的右手-左手光子诱导的变性发生，同手性被认为是逐渐并入新兴生命的结果。这种差异变性的成功可能是由于下午晚些时候表面水温最高时的右旋圆偏振海底光，以及RNA/DNA小片段从220 nm延伸到260 nm的负圆二色谱带。一个数值模型表明这样的机制在采购100%的同手性的RNA或DNA从原来的外消旋溶液在不到500太古代假设的光子吸收阈值复制代表互补链之间的氢键能的功效。由于正结构互补性，NAD-核酸对L-氨基酸具有更大的亲和力，并且由于D-RNA/DNA+ L-氨基酸复合物在200 - 300 nm之间也具有负圆二色谱带，因此氨基酸的同手性也可以通过该理论来解释。
Molecular dynamics simulations of a single stranded (ss) DNA
本研究的目的是发展对短单链DNA（ssDNA）的理解，以帮助开发新的基于DNA的生物传感器。从p53基因的130-145密码子序列构建了含有12个碱基的ssDNA模型。利用分子动力学（MD）模拟研究了ssDNA的核酸骨架的各种热力学宏观观测量，如温度、能量分布以及均方根偏差（RMSD）。AMBER程序用于构建ssDNA的结构模型，并使用NAMD程序在三个不同的系综中进行原子分子动力学模拟。采用微正则系综（NVE）、锥形系综（NVT）和等压等温系综（NPT）比较ssDNA在水溶液中的平衡特性。我们的研究结果表明ssDNA的构象稳定性依赖于热力学条件。
Thermodynamic model of interaction of small ligands with DNA
我们设法将络合物形成的稳定常数与络合物寿命的动力学特征联系起来，这些稳定常数可以在平衡态下记录。因此，分子生物物理学关于生物分子的基本概念，结构-动力学-功能可以被重新格式化为结构-稳定性-功能。特别值得注意的是，这种方法大大简化和拓宽了大分子动态特性研究的时间间隔。通过辉光放电氢原子光谱分析Na-DNA增湿纤维的水脱附动力学曲线，研究了水化能和水化数。结果表明，DNA从B态转变为无序态后，水化脱附活化能增加0.65千卡/摩尔水。从B型到C型的转变（每个核苷酸从20到10个水分子）的能量增加为0.1千卡/摩尔，从C型到A无序状态的转变（每个核苷酸从10到5个水分子）的能量增加为0.55千卡/摩尔。同时使用UDS和AES可以识别DNA中错误的沃森-克里克对的数量。定量分析是基于UDS的信息量的增加，通过其与原子发射光谱的组合。总的金属诱导的互变异构化的数量使每百万个DNA碱基对中有600个。这种方法能够在临床检查期间估计风险因素并评估DNA用于纳米技术目的的适用性。
A method is proposed to select the suitable sets of potential parameters for a one-dimensional mesoscopic Hamiltonian model, first introduced to describe the DNA melting transition and later extended to investigate thermodynamic and dynamical properties of nucleic acids. The DNA base pair fluctuations are considered as time dependent trajectories whose initial condition sets the no crossing constraint enforced in the path integral for the first-passage probability. Performing the path integration at room temperature, relations are established between the cutoff on the amplitude of the base pai…
DNA heats up : Energetics of genome ejection from phage revealed by isothermal titration calorimetry
已知大多数噬菌体在受体结合时以基本上自发的方式将其双链DNA注入细菌。这种从完整病毒体到空病毒衣壳加上释放的DNA的下坡热力学过程是通过基因组主动包装到衣壳中期间储存的能量而实现的。到目前为止，使用单分子或渗透抑制技术只能间接测量这种能量。在本文中，我们描述了第一次使用等温滴定量热法直接测量的热释放（或等效的焓）在DNA弹射从噬菌体λ，在溶液中由溶解的受体触发。定量分析的结果导致识别与DNA弹射相关的热力学决定因素。所获得的值被认为是与以前预测的分析模型和数值模拟相一致。此外，结果证实了DNA水合作用在病毒衣壳基因组限制的能量学中的作用。
The energetic and transport properties of a double-stranded DNA dodecamer encapsulated in hydrophobic carbon nanotubes are probed employing two limiting nanotube diameters, D=4 nm and D=3 nm, corresponding to (51,0) and (40,0) zig-zag topologies, respectively. It is observed that the thermodynamically spontaneous encapsulation in the 4 nm nanopore (40 kJ/mol) is annihilated when the solid diameter narrows down to 3 nm, and that the confined DNA termini directly contact the hydrophobic walls with no solvent slab in-between. During the initial moments after confinement (2-3 ns),the biomolecule t…
To mitigate errors induced by the cell's heterogeneous noisy environment, its main information channels and production networks utilize the kinetic proofreading (KPR) mechanism. Here, we examine two extensively-studied KPR circuits, DNA replication by the T7 DNA polymerase and translation by the E. coli ribosome. Using experimental data, we analyze the performance of these two vital systems in light of the fundamental bounds set by the recently-discovered thermodynamic uncertainty relation (TUR), which places an inherent trade-off between the precision of a desirable output and the amount of e…
Localization of Denaturation Bubbles in Random DNA Sequences
我们研究了长的、拉伸的DNA随机序列中扭曲诱导的变性泡的热力学和动力学行为。与弱扭曲相关联的小气泡是离域的。在阈值扭矩以上，几十个碱基或更大的气泡变得优先定位于富含\AT的区段。在本地化的制度，气泡表现出“老化”和移动亚扩散与连续变化的动态指数。这些性质是使用大偏差理论的结果与标度参数，并验证了蒙特卡罗模拟。
Statistical physics of the melting of inhomogeneous DNA
我们研究了序列的不均匀性如何影响DNA解链时发生的相变。与以往的作品，认为热力学量平均在许多不同的非均匀序列，我们专注于精确的序列，并研究了连续的局部开口，导致其解离。为此，我们进行了传输积分型计算与两种不同的动力学模型，即非均质Dauxois-Peyrard-Bishop模型和模型的基础上，我们最近提出了有限的堆叠hysteries。看来，对于这两种模式，异质性的本质影响是让不同部分的调查序列打开略有不同的温度。除了这种宏观效应之外，每个部分的局部孔径确实与具有相同长度的均匀序列的孔径非常相似。因此，每个局部开口过渡的舍入仅仅是尺寸效应。对于Dauxois-Peyrard-Bishop模型，具有几千个碱基对的序列仍然远离热力学极限，因此对于该模型，讨论与每个局部开口相关的转变的顺序是不合适的。相比之下，具有几百到几千个碱基对的序列非常接近我们提出的模型的热力学极限。因此，幂律成立的温度区间足够宽，可以估计临界指数。根据我们研究的几个例子，对于我们的模型，无序并不一定会导致跃迁阶数的降低。
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