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。
2012-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Phase Transition of DNA-Linked Gold Nanoparticle
利用光学吸收光谱研究了DNA包覆的金纳米粒子网络的熔化和杂化。单链,12个碱基的DNA加帽的金纳米颗粒与互补的单链,24个碱基的接头DNA连接,形成颗粒网络。与游离DNA相比,在这些网络化的DNA-纳米颗粒系统中观察到急剧的熔融转变。用渗流过渡现象解释了这种尖锐性。
2002-08-28 physics.bio-ph physics.med-ph q-bio
Cooperativity in the annealing of DNA origamis
基于DNA的纳米结构建立在长的单链DNA支架上,称为DNA折纸,提供了在一锅实验中在纳米尺度上组织各种分子的可能性。支架的折叠是由短的单链DNA序列(订书钉)的存在保证的,这些序列将支架的不同区域保持在一起。在本文中,我们模拟了这些DNA结构的退火熔化特性。该模型捕获了重要的特征,如熔化和退火之间的滞后,以及对支架拓扑结构的依赖性。我们表明,订书钉之间的协同性是至关重要的定量解释的DNA折纸的折叠过程。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.BM
Effects of mechanical strain on thermal denaturation of DNA
当暴露于高温时,由于链上的DNA片段变性,多余的连接数被分子的未变性部分吸收。由于未变性部分的过度卷绕而产生的机械能原则上可以改变热变性过程的性质。假设与这种过度缠绕相关的应变没有得到缓解,我们发现,一个简单的模型应变改变熔化导致抑制的熔化过渡时,不变的过渡是连续的。当熔化转变是第一级时,在没有与过卷绕相关的应变的情况下,修改是第三级相变。
2001-05-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
First experimental tests of the Peyrard-Bishop model applied to the melting of very short DNAs
根据统计热力学理论计算了短链异质DNA在溶液中的熔解曲线,并与实验结果进行了比较。配分函数的计算基于Peyrard-Bishop哈密顿量,该哈密顿量已经被用于长DNA链解链的理论描述中。在短链的情况下,不仅需要考虑单碱基对之间氢键的断裂,而且需要考虑形成双螺旋的两条链的完全解离。
1998-02-24 physics.bio-ph q-bio
Adding a New Dimension to DNA Melting Curves
标准的DNA解链曲线记录了两条链的分离与温度的关系,但它们没有提供关于开口位置的任何信息。我们介绍了一种实验方法,它增加了一个新的维度的短DNA序列的熔解曲线,使我们能够记录在几个位置沿分子的开放程度一次。这增加了空间维度的熔解曲线,并允许一个精确的调查中的作用的碱基对序列的波动和变性的DNA双螺旋。我们说明了权力的方法,通过调查的影响,AT丰富的区域上的波动相邻域。
2009-08-19 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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。
2011-07-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Local Cooperativity Mechanism in the DNA Melting Transition
提出了一个新的DNA解链转变的统计力学模型。碱基配对和堆叠被视为单独的自由度,配对和堆叠之间的相互作用是由一组本地规则,模仿在真实分子的几何约束。这种微观机制内在地解释了与气泡成核的自由能惩罚相关的协同性。该模型描述了光谱测定的实验熔化曲线的未配对和未堆叠部分。此外,该模型解释了所观察到的最近邻(NN)型模型中使用的有效热力学参数的温度依赖性。我们计算的配分函数的模型通过传递矩阵的形式主义,我们也推广到包括非局部链熵项。这一部分介绍了一个新的参数化的Yeramian样的转移矩阵方法的波兰-Scheraga描述的DNA熔解。该模型在齐次热力学极限下是精确可解的,并且我们计算了所有的可观测量而不使用大配分函数。众所周知,这类模型在完全链分离的温度下具有一阶或连续的相变,这取决于气泡熵的指数值。
2005-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Non-Ideality of a DNA Strand Displacement AND Gate Studied with a Dynamic Bonded DNA Model
我们进行了空间分辨的模拟研究的与门的基础上使用几个长度的立足点和相邻的域的DNA链位移。使用粗粒度动态键合模型{[}C. Svaneborg,Comp.Phys.Comm.183,1793(2012){]}。我们观察到一个复杂的过渡路径从初始状态到最终状态的与门。该路径受到非理想效应的强烈影响,非理想效应是由于瞬时气泡暴露出不期望的立足点和整个股线的热熔融。我们还表征了单链的结合和未结合动力学,特别是总与操作的动力学和它所基于的三个不同的DNA转换,我们观察到竞争性置换操作的立足点长度的指数动力学依赖性,但门操作时间仅弱依赖于立足点和相邻结构域长度。我们的门在三个输入状态下显示出很好的逻辑保真度,而在第四个输入状态下显示出很差的保真度。这说明了非理想性如何对保真度产生非常有选择性的影响。模拟和详细的分析,如这里提出的那些提供分子的见解链置换计算,也可以预期在化学实现。
2012-12-28 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.BM
Organized condensation of worm-like chains
我们目前的结果相关的平衡组织的任意长度的DNA链相互作用的球形组织中心,提示DNA-组蛋白复合在核小体。我们得到一个丰富的相图,其中的包裹状态被转化为一个复杂的多叶,玫瑰花结结构的粘附能减少。玫瑰花团“融化”的统计力学可以映射成一个精确可解的一维多体问题。
1999-05-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.bio-ph
Order of the phase transition in models of DNA thermal denaturation
我们研究了一个描述双链DNA链解链的模型的行为。对具有位移相关刚度常数和Morse现场势的模型进行了数值分析;取决于刚度参数,示出具有(i)具有“nu_vertical”= -β = 1的二阶过渡,“nu_parallel”= gamma/2 = 2(Morse势的短程吸引部分的特征)或(ii)具有有限熔化熵、不连续的束缚对分数、发散的关联长度的一级跃迁,临界指数“nu_vertical”= - beta = 1/2,“nu_parallel”= gamma/2 = 1。
2000-04-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
The thermal denaturation of DNA studied with neutron scattering
脱氧核糖核酸(DNA)的熔化转变,即双螺旋结构的链在一定温度下完全分离,已经用中子散射表征。从B型纤维DNA的布拉格峰已被测量为温度的函数,其宽度和积分强度已被解释使用Peyrard-Bishop-Dauxois(PBD)模型,只有一个自由参数。该实验是独一无二的,因为它通过其他技术无法实现的熔融转变提供了分子的空间相关性。
2011-01-10 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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。
2014-04-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mesoscopic models for DNA stretching under force: new results and comparison to experiments
B-DNA拉伸的单分子实验已经揭示了当增加外力时,一个或两个结构转变。它们的特征是DNA轮廓长度突然增加,弯曲刚度下降。有人提出,在60- 80 pN的力下,第一个转变是从B到S-DNA的转变,被视为拉伸的双链DNA,而在更强的力下,第二个转变是链剥离,导致单链DNA(ssDNA),类似于热变性。但由于实验条件,这两个转变可以重叠,例如对于poly(dA-dT)。本文采用耦合离散蠕虫链-伊辛模型,导出了解析公式.我们的模型考虑了弯曲刚度,链的离散性,线性和非线性(ssDNA)键拉伸。在力为零的极限下,该模型简化为我们已经建立的用于研究DNA热解链的耦合模型,与以前的变性曲线拟合参数值建立了联系。我们发现:(i)使用分析公式在纳牛顿范围内拟合ssDNA,仅具有三个自由参数,轮廓长度、弯曲模量和单体尺寸;(ii)仅通过选择0.2nm的单体尺寸,几乎比ssDNA核碱基长度小4倍,才可能在该力范围上令人惊讶地良好拟合;(iii)介观模型不能将B拟合到ssDNA(iv)在强作用力近似下,导出了适合于长DNA的B到S跃迁的解析公式,该公式与精确的转移矩阵计算结果非常吻合;(v)这个公式非常适合poly(dG-dC)和$λ$ -DNA力-延伸曲线,参数值一致;(vi)出现了一个连贯的图像,其中S到ssDNA的转换对碱基对序列比B到S的转换敏感得多。
2012-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Overstretching of B-DNA with various pulling protocols: Appearance of structural polymorphism and S-DNA
我们报告的结构多态性的S-DNA时,一个典型的B-DNA在不同的拉伸协议,并提供了一个基本的分子理解的DNA拉伸机制。广泛的全原子分子动力学模拟揭示了当B-DNA沿相反链(OS3)的3'方向拉伸时,清晰地形成了S-DNA,其特征在于氢键数目、熵和自由能的变化。沿相反链(OS 5)的5'方向拉伸导致DNA的力诱导解链形式。有趣的是,沿着同一条链(SS)的相对两端拉伸导致S-和熔化的M-DNA结构共存。我们还通过计算各种螺旋参数对S-DNA进行了结构表征。我们发现,S-DNA有一个扭曲的~10度,对应的螺旋重复长度~ 36个碱基对,与以前的实验结果密切一致。此外,我们发现,DNA的规范和过度拉伸状态之间的自由能垒是较高的相同的终端(SE)拉协议相比,在这项工作中考虑的所有其他协议。总的来说,我们的观察结果不仅与现有的实验结果定性一致,而且还增强了对不同过度拉伸DNA结构的理解。
2017-11-24 physics.bio-ph
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。
2010-10-06 astro-ph.EP physics.bio-ph
Mechanism of Threshold Elongation of DNA Macromolecule
在唯象方法的框架下研究了DNA大分子在外力作用下的阈值伸长(过拉伸)机制。当考虑任务时,考虑到双链DNA是具有一组亚稳态的多态性大分子。根据所提出的机制,DNA阈值延伸可以作为大分子向亚稳态形式的合作结构转变而发生,所述亚稳态形式由外力稳定。为了描述DNA的过度拉伸,建立了包含外部(拉伸)和内部(构象)位移分量的模型。如所假设的,两种组分在双螺旋转化的途径上偶联。结果表明,在力的作用下,DNA的变形分两个阶段进行。首先是双螺旋结构的重组,导致DNA大分子构象双稳态的形成。在第二阶段,构象转变及其引起的变形作为阈值过程始终覆盖大分子。计算的DNA超拉伸过程的特性与实验数据的比较表明,良好的协议。结合已有文献数据对实验结果进行了分析,得出结论:双螺旋中的过拉伸转变是一个动力学过程,可以在DNA链中扩散。同时,在A $\cdot$ T含量丰富的DNA中,由于大的耗散,过度拉伸过程导致力诱导的熔融转变,并且应该具有近似静态的特征。
2016-02-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM