Unzipping DNA : A hypothesis on correlation during replication
基于在DNA模型中由力引起的解链相变的结果，我们假设DnaA型蛋白质充当牵拉剂，其力略小于解链的临界力。解压缩的动态（空间-时间）相关性然后驱动后续的复制事件。在这种相关性驱动的情况下，不需要复制体作为结构单位，并且这种难以捉摸的复制体可能根本不存在。
2000-11-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Efficiency of DNA replication in the Polymerase Chain Reactio
我们提出了一个详细的聚合酶链式反应的动力学模型，并模拟的物理参数的问题的复制的概率。应用分支过程理论，我们证明了一个新的影响复制体数目概率分布函数的现象：对于少量的初始分子，概率密度函数的极限行为（随着循环数的增加）由一个多峰函数表示.
2001-05-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
First passage time of N excluded volume particles on a line
最近的单分子研究的蛋白质滑动的DNA分子的动机，我们探讨了N粒子（“蛋白质”）的靶向动力学沿一条线（“DNA”）在寻找它们的靶位点（特定的靶序列）扩散滑动。在较低的颗粒密度下，观察到与1/N**2成比例的平均首次通过时间的预期减少，在较高浓度下进行校正。我们明确地考虑了吸附和解吸作用，从DNA，考虑。对于这种一般情况下，我们也考虑有限尺寸的影响，当连续近似的粒子数密度的基础上，打破。此外，我们解决的第一次通过时间的标记粒子之间扩散的其他粒子的问题。
2005-08-24 cond-mat.stat-mech
First passage times of pulling-assisted DNA unzipping
我们研究了电压驱动的杂交DNA通过膜通道的运输。由于膜通道通常太窄而不能容纳杂交的DNA，因此DNA的去杂交是转运过程中的关键限速步骤。使用一个二维随机模型，我们表明，去杂交过程中进行两种不同的机制;热变性的限制，低驱动电压，和直接剥离在高到中等电压制度。此外，我们研究了将非同源缺陷引入DNA链的影响。
2004-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy involved in fidelity of DNA replication
信息具有熵的特征，可以在分子系统的统计理论中进行分析。R. Landauer和C.H.班尼特表明，如果计算进行得足够慢，逻辑复制可以在无耗散的极限下进行。结构和最近的单分子测定提供了聚合酶机械的动态细节与洞察信息处理。本文介绍了香农信息在生物分子系统中的一个严格表征，并将其应用于DNA复制中的无耗散极限。具体来说，我们设计了一个平衡的DNA复制途径，以确定在复制的信息从DNA模板在摩擦的情况下产生的熵。无论是初始状态，游离核苷酸随机分布在一定的浓度，和最终状态，聚合链，是介观平衡态的核苷酸分布。我们使用经验堆积自由能来计算核苷酸掺入的概率。对于第一级近似，复制的链是独立和非一致分布的随机变量的状态，对于该状态，在每个步骤中由聚合酶掺入的核苷酸由模板链决定，并且对于第二级近似，具有最近邻相互作用的非均匀分布的随机变量的状态，对于该状态，聚合酶在所得到的双-链聚合物决定复制链的熵。两个纳入机制自然产生，并解释其生物学意义。众所周知，复制发生在远离平衡的地方，因此这里导出的香农熵代表了复制发生的上限。同样，这个熵为复制中的复制保真度设定了一个普遍的下限。
2012-08-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
A biologically inspired two-species exclusion model: effects of RNA polymerase motor traffic on simultaneous DNA replication
我们引入了一个两物种排斥模型来描述RNA聚合酶（RNAP）马达交通之间的冲突的关键特征，从事一段DNA的转录，伴随着两个DNA复制叉在同一段DNA上的进展。其中一种粒子（$P$）代表RNAP马达，而另一种（$R$）代表复制叉。受该模型旨在捕获的生物学现象的启发，最多仅允许两个$R$粒子从两个相对端进入晶格，而不受限制的$P$粒子数量在晶格中间的区段中构成完全不对称的简单排除过程（TASEP）。因此，晶格由三段组成; $P$颗粒与$R$颗粒的相遇被限制在中间段（段$2$）内，而只有$R$颗粒可以占据段$1$和$3$中的位点。该模型捕获了三个不同的路径，用于解决同向以及头部碰撞之间的$P$和$R$粒子。使用Monte Carlo模拟和启发式的分析参数，结合精确的结果TASEP平均场近似，我们预测的交通之间的冲突RNAP电机（$P$粒子从事转录）和复制叉（$R$粒子）的可能结果。当然，结果取决于$P$粒子的TASEP的动力学相位。原则上，该模型可以适应实验条件，以定量地解释数据。
2018-01-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Kinetics of multistate DNA polymerases
Center for Nonlinear Phenomena and Complex Systems, Université Libre de Bruxelles (ULB)（非线性现象与复杂系统中心，布鲁塞尔自由大学）
本文应用迭代数学方法研究多结构态DNA聚合酶的复制动力学，以T7 DNA聚合酶的两态模型为例，计算了平均延伸速度、错误概率和碱基对形成概率，并证明该方法比常规数值模拟快百万倍以上。
2026-06-23 cond-mat.stat-mech q-bio.QM
First-passage probability: a test for DNA Hamiltonian parameters
提出了一种选择合适的一维介观哈密顿模型的势参数集的方法，该模型首先用于描述DNA的熔化转变，后来扩展到研究核酸的热力学和动力学性质. DNA碱基对的波动被认为是依赖于时间的轨迹，其初始条件设置的路径积分的首次通过概率强制执行的无交叉约束。在室温下进行路径积分，建立了碱基对波动幅度的截止值与模型参数之间的关系。特别是，它表明，非线性堆叠参数应该是$\sim 1$。这里开发的形式主义可应用于计算DNA分子的三维螺旋模型中的开放碱基对的寿命。
2020-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
ATP-Dependent Mismatch Recognition in DNA Replication Mismatch Repair
针对DNA错配修复中错配识别机制不明的问题，本文提出依赖ATP的三能级量子假想酶模型，通过低能级能隙及其翻转实现正确匹配与错配的指数概率判别，并建立能量成本与识别错误的关系。
2023-08-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Target search on DNA by interacting molecules: First-passage approach
基因调控是活细胞中最重要的基本生物学过程之一。它涉及多个蛋白质分子，这些蛋白质分子定位于DNA上的特定位点，并组装基因起始或基因阻遏多分子复合物。虽然DNA靶点的蛋白质搜索动力学已经被深入研究，但在遗传激活或抑制过程中分子间相互作用的作用仍然没有很好地量化。在这里，我们提出了一个简单的一维模型的目标搜索两个相互作用的分子，可以可逆地形成一个二聚体分子复合物，这也参与了搜索过程。此外，蛋白质在特定靶位点上具有有限的停留时间，并且当两种蛋白质同时存在于靶点时，基因被激活或抑制。该模型进行了分析，使用首次通过分析计算和蒙特卡罗计算机模拟。结果表明，搜索动力学表现出复杂的行为，取决于分子间相互作用的强度和目标的停留时间。我们还发现，搜索时间表现出非单调的行为作为分子复合物的解离速率的函数。物理化学参数来解释这些意见。我们的理论方法强调了分子相互作用在基因激活/抑制的复杂过程中的重要性。
2019-08-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
DNA breathing dynamics: Analytic results for distribution functions of relevant Brownian functionals
我们研究DNA呼吸动力学的建议和检查几个不同的布朗泛函与气泡寿命和反应。气泡动力学被描述为一个过阻尼的随机行走的数目破碎的碱基对。步行发生在波兰-Scheraga自由能源景观。我们提出了几个概率分布函数的呼吸过程的特点，并采用最近研究的向后福克-普朗克方法和路径分解方法作为优雅和灵活的工具来推导这些分布。特别地，对于初始尺寸$x_0$的气泡，我们推导出（i）首次通过时间$t_f$的分布$P(t_f|x_0)$，表征气泡寿命，（ii）直到首次通过时间的区域$A$的分布$P(A|x_0)$，提供关于气泡对DNA内过程的有效反应性的信息，（iii）在首次通过时间之前获得的最大气泡尺寸$M$的分布$P(M)$，和（iv）在首次通过时间之前最大气泡尺寸$M$和其出现的时间$t_m$的联合概率分布$P(M,t_m)$。这些分布进行了分析，在小的和大的气泡尺寸的限制。我们补充我们的分析预测与直接数值模拟相关的朗之万方程，并获得了很好的协议，在适当的限制。原则上，这里分析的各种量的非平凡标度行为可以通过实验来探索。
2010-12-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental demonstration of kinetic proofreading inherited in ligation-based information replication
Tohoku University（东北大学）
本研究通过实验验证了模板连接在信息复制中继承动能证明读取机制，实现了长链的高效错误抑制。
2025-10-24 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical phase transition of a periodically driven DNA
复制和转录是生命系统中的两个重要过程。为了执行这样的过程，各种蛋白质以交错的方式远离平衡地工作。受此启发，在非平衡条件下的周期性驱动下的DNA解压缩过程中的滞后方面进行了研究。提出了一个驱动DNA的稳态相图，这是实验验证。作为一个两态系统，我们还比较了DNA和Ising磁体在非对称变化的磁场下的结果。
2013-02-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Branching under First-Passage Resetting
Santa Fe Institute（圣塔菲研究所）
研究提出一种框架，其中复制事件由首次通过动力学内生产生，而非外部定时器。通过精确的更新方程，展示了随机波动增强生长，且存在产率与延迟的权衡。
2026-05-15 cond-mat.stat-mech math.PR physics.bio-ph
Translocation of a Single Stranded DNA Through a Conformationally Changing Nanopore
我们调查易位的单链DNA通过一个孔之间波动的两种构象，使用耦合的主方程。计算易位过程的第一通过时间（FPT）的概率密度函数，显示三重峰、双峰或单峰行为，这取决于构象之间的相互转化率、施加的电场和初始条件。的FPT的累积概率函数，在一个无场的环境中，示出有两个制度，其特征在于快速和缓慢的时间尺度。的平均第一次通过时间的易位过程的解析表达式的推导，并提供，除了相互转化率，广泛的易位过程的表征。实验观察的关系进行了讨论。
2004-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
First Passage Time in Computation by Tape-Copying Turing Machines: Slippage of Nascent Tape
DNA模板序列中化学编码的遗传信息的转录是由称为RNA聚合酶（RNAP）的分子机器进行的。新生RNA相对于DNA模板链的向后或向前滑动产生分别比相应模板长或短的转录物。我们将RNAP建模为“磁带复制图灵机”（TCTM），其中DNA模板是输入磁带，而新生RNA链是输出磁带。尽管TCTM总是向前推进，但该过程被假设为是随机的，即每单位时间有一个发生概率。TCTM在输入带上每次成功向前步进所需的时间是一个随机变量，在此期间，输出带由于向后或向前滑动而遭受$n$单位的延长或缩短;我们通过使用计算{ \it首次通过时间}分布的形式来报告此时间的一些统计特性。结果可能会发现应用程序的实验数据分析的“编程”转录错误所造成的转录滑移，这是一种模式的“重新编码”的遗传信息。
2017-04-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
First-passage processes on a filamentous track in a dense traffic: optimizing diffusive search for a target in crowding conditions
几个重要的生物过程是由蛋白质与DNA上的特定位点结合而启动的。转录因子（transcription factor，TF）是一种蛋白质，它在DNA上寻找特异性结合位点的策略已经被研究了几十年。近年来，像DNA结合蛋白这样的障碍物对TF搜索的影响开始受到关注。RNA聚合酶（RNAP）马达在称为转录的基因组过程中沿着DNA片段共同移动。这种RNAP流量必然会影响TF搜索其结合位点对DNA的相同片段的扩散扫描。出于这种现象，在这里，我们开发了一个动力学模型，其中一个“粒子”，代表TF，搜索一维晶格上的特定位置。在同一个晶格上，另一种粒子，每一种都代表一个RNAP，从左到右跳跃，就像完全不对称的简单排他过程（TASEP）一样，禁止一个以上的粒子同时占据任何位置，不管它们的身份如何。虽然TF被允许附着到任何晶格位点或从任何晶格位点分离，但是RNAP可以仅附着到晶格的左边缘处的第一个位点并且仅从晶格的右边缘上的最后一个位点分离。我们将搜索公式化为{ \it首次通过}过程;从定义明确的初始状态开始，到达目标位点{ \it首次通过}所需的时间为搜索时间。通过近似解析计算和蒙特卡罗（MC）计算机模拟，我们计算了平均搜索时间。我们发现，RNAP交通纠正TF的扩散运动的布朗棘轮，和成功搜索的平均时间甚至可以短于所需的RNAP交通的情况下。此外，我们表明，有一个最佳的脱离率，对应于最短的平均搜索时间。
2018-10-16 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
First-passage dynamics of obstructed tracer particle diffusion in one-dimensional systems
单行扩散的标准设置是在一维中扩散粒子，这些粒子不能相互超越，其中示踪剂（标记）粒子的动力学是主要兴趣。在这篇文章中，我们概括了这个系统，并调查第一次通过性能的示踪粒子时，两侧拥挤的粒子，除了扩散，unbind（rebind）从（到）一维晶格率$k_{\rm off}$（$k_{\rm on}$）。示踪粒子被限制在晶格上以$k_D$的速率扩散。这种模型对于理解基因调控是相关的，其中调控蛋白在拥挤的DNA上寻找特异性结合位点。我们量化的首次通过时间分布，$f(t)$（$t$是时间），数值上使用Gillespie算法，并估计分析。在我们的关键参数，未绑定率$k_{\rm off}$，我们研究了两个已知的制度的桥接：（i）当未绑定是频繁的粒子可以有效地通过对方，我们恢复标准的单粒子结果$f(t)\sim t^{-3/2}$与重正化扩散常数，（ii）当未绑定是罕见的，我们恢复众所周知的单行扩散结果$f(t)\sim t^{-7/4}$。中间的情况下，显示丰富的动力学，与特征$f(t)$峰和长时间的幂律斜率都是敏感的$k_{\rm off}$。
2014-01-23 cond-mat.stat-mech
A minimal scenario for the origin of non-equilibrium order
本文提出一个最小演化场景，表明仅凭快速复制选择压力即可在DNA复制与自组装模型中催生动力学校对等非平衡纠错机制，并揭示“以速度换取有序”的反直觉效应及其对生命起源的启示。
2025-01-05 cond-mat.stat-mech q-bio.MN q-bio.PE
