The Role of Chain Entropy in an Analytic Model of Protein Binding in Single-DNA Stretching Experiments
我们表明，张和Marko（物理评论E 77，031916（2008））提出的简单的分析模型来说明单DNA实验的麦克斯韦关系，可以通过包括高斯链的零力熵来改进。所得模型与离散持久链模型吻合良好，且形式便于分析实验数据。
2011-09-09 cond-mat.soft 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
Unfolding and unzipping of single-stranded DNA by stretching
我们提出了一个理论研究的单链DNA拉伸。在所提出的框架内，可以结合链弹性的任意基础模型来研究碱基配对对分子机械响应的影响。在一个通用的情况下，我们表明，ssDNA的拉伸曲线表现出两个不同的功能：二阶“展开”相变，和一个尖锐的交叉，让人想起一阶“unzipping”在dsDNA的过渡。我们应用该理论的蠕虫状链（WLC）和自由关节链（FJC）模型的特殊情况下，并讨论了普遍的和模型依赖的功能的ssDNA的机械响应。特别是，我们表明，解压缩交叉的宽度与相互作用强度的变化是非常敏感的能量的发夹环。这为测试ssDNA的弹性开辟了一条新途径。
2004-07-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Inferring the effective thickness of polyelectrolytes from stretching measurements at various ionic strengths: applications to DNA and RNA
借助于厚链模型，我们讨论了聚合物的拉伸响应如何受到其有限厚度所带来的自回避效应的影响。通过大量的随机模拟进行了表征的力与延伸曲线的厚链。计算结果被捕获的分析表达式，用于适应实验拉伸测量进行DNA和单链RNA（聚-U）在各种解决方案。这种策略使我们能够推断两种生物相关的聚电解质，即DNA和聚-U，不同的离子强度的表观直径。由于两种分子的柔性程度非常不同，结果提供了对表观直径如何受到（溶液依赖性）德拜屏蔽长度和聚合物“裸”厚度之间的相互作用的影响的见解。对于DNA，静电的有效半径，$Δ$的贡献，被发现是大约5倍以上的德拜屏蔽长度，与以前的理论预测一致的高度带电的刚性棒。对于更灵活的聚-U链的静电贡献$Δ$被发现是显着小于德拜屏蔽长度。
2006-01-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Electrostatic effects in DNA stretching
从理论上研究了半柔性单链在中等屏蔽和弱屏蔽条件下对拉伸的响应，并着重于DNA实验。通过使用非线性Poisson-Boltzmann描述的链的静电自相互作用，我们明确地证明了有效电荷的概念的某些方面的问题的适用性。这个电荷可以从完全排列的链的静电势的远场渐近行为中提取。令人惊讶的是，在有效电荷方面，静电重整化的持久长度可以正式描述由经典的Odijk-Skolnick-Fixman（OSF）公式，其适用范围仅限于线性化德拜-休克尔（DH）近似。然而，在非线性区域链的短长度行为偏离DH-为基础的结果，即使在电荷重整化。这种差异在计算强电荷DNA的拉伸曲线中得到了揭示，我们的结果与最近的实验结果符合得很好。在弱屏蔽的限制，我们预测的弹性响应有一个独特的两阶段的字符，与一个奇特的中间“不可拉伸”制度。
2006-05-27 cond-mat.soft q-bio.BM
Unwrapping of DNA-protein complexes under external stretching
研究了由半柔性链和具有吸引力的球形核组成的DNA-蛋白质复合物，当链的一端单体受到外力作用，而另一端单体在空间保持固定时的情况.在没有拉伸力的情况下，链条缠绕在芯上。通过施加外部拉伸力，诱导复合物的解缠绕。我们通过计算机模拟和简单的唯象理论来研究解缠过程的静态和动态。我们发现两种不同的情况下，取决于链的刚度：对于一个灵活的链，复杂的规模线性的外力的扩展。球-链复合体是无序的，即链围绕球没有明显的缠绕。另一方面，对于刚性链，复杂的结构是有序的，这让人想起核小体。外拉伸下的解缠过程是不连续的，距离-力曲线有跳跃。这与复合物的离散解旋过程有关。我们的预测是相关的实验，测量力延伸曲线的DNA-蛋白质复合物，如核小体，使用光镊。
2004-03-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Denaturation transition of stretched DNA
我们推广的波兰-Scheraga模型考虑DNA变性存在的外部拉伸力。我们证明了力诱导的DNA变性转变的存在，并获得了温度-力相图。该跃迁由循环指数$c$确定，我们为该循环指数找到新值$c=4ν-1/2$，使得跃迁是二阶的，其中$c=1.85<2$在$d=3$中。我们表明，一个有限的拉伸力$F$不稳定的DNA，对应于一个较低的熔化温度$T(F)$，在协议与单分子DNA拉伸实验。
2008-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Characterizing the Interaction Between DNA and GelRed Fluorescent Stain
我们进行了单分子拉伸实验和动态光散射（DLS），以表征DNA分子和荧光染料GelRed之间的相互作用。单分子拉伸实验结果表明，当配体浓度达到某一临界浓度时，DNA-GelRed复合物的持续长度随配体浓度的增加而增加，然后随配体浓度的增加而减小。另一方面，络合物的轮廓长度作为GelRed浓度的函数单调增加，表明插层是主要的结合机制。为了表征相互作用的物理化学，我们使用McGhee-von Hippel结合等温线从等高线长度数据提取相互作用的物理化学参数。进行DLS实验以研究通过流体动力学半径测量的DNA-GelRed复合物的有效尺寸作为配体浓度的函数的变化。通过比较流体动力学半径和回转半径的行为，我们发现两种技术所得结果之间存在定性一致性，因为回转半径可以表示为拉伸实验确定的力学参数的函数。
2014-08-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A three-state model with loop entropy for the over-stretching transition of DNA
我们引入了一个三态模型的一个单一的DNA链在张力下，区分B-DNA，S-DNA和M（熔融或变性）的片段，并在同一时间正确的帐户熔融环的熵，其特征在于在渐近表达式S ~ - c ln n的长度为n的环的熵的指数c。力延伸曲线推导出完全采用广义波兰-Scheraga的方法和实验数据相比。同时拟合力延伸数据在室温下和变性相变在零力是可能的，并允许建立一个全球性的相图中的力-温度平面。在拉伸力的作用下，堆叠能的影响，进入成对和未成对的基地之间的畴壁能量，和环熵是分开的。因此，我们可以独立于堆叠能的精确值来估计回线指数c。c的拟合值很小，表明缺口在天然DNA的实验力延伸痕迹中占主导地位。
2010-04-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stretching, Twisting and Supercoiling in Short, Single DNA Molecules
我们结合了纽基希-马尔科模型，该模型描述了无限轮廓长度的单个拉伸和扭曲DNA的延伸、扭转和超螺旋，以及辛哈和塞缪尔提出的一种自由能形式，用于描述轮廓长度仅为持续长度几倍的短DNA。我们发现拉伸但未扭曲的DNA的自由能从其无限长度值显著修改，这反过来又显著修改了扭矩和超螺旋。我们表明，这与短DNA比无限长DNA更灵活是一致的。我们希望我们的结果将刺激短DNA中的扭矩和超螺旋的实验研究。
2017-11-03 cond-mat.soft
Single-molecule stretching experiments of flexible (wormlike) chain molecules in different ensembles: Theory and a potential application of finite chain length effects to nick-counting in DNA
我们提出了一种形式主义推导力的延伸和延伸力的关系，柔性链分子的径向分布函数的解析表达式，这提供了洞察控制的渐近行为和有限的链长校正的因素。特别是，我们应用这种形式主义，我们以前开发的插值公式的蠕虫状链端到端的距离分布。由此产生的表达式的渐近极限的无限链长是类似的质量的数值评估Marko的和Siggia的变分理论和更精确的插值公式。数值数据的比较表明，我们的有限链长修正的解析表达式是类似的质量。作为我们的研究结果的应用，我们讨论了推断的可能性，在单分子拉伸实验中的双链DNA分子中的切口的数量的变化，从伴随的有效链长的变化。
2020-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Flexibility of short DNA helices under mechanical stretching
本文用哈密顿模型研究了DNA短片段的柔性，该模型在碱基对水平上考虑了链间和链内力。通过计算分子轴上相邻碱基对之间的平均弯曲角，得到了一组均匀螺旋对外力的弹性响应。系综平均进行了超过室温平衡分布的碱基对分离和弯曲波动。的端到端的距离和持久性长度的分析表明，即使是短序列小于$100$碱基对保持一个显着的bendability归因于热波动的影响和扭结与大的弯曲角度。离散模型和蠕虫状链模型的结果之间的差异进行检查，指出后者的不足之处短长度尺度。
2016-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Sequence Effects on DNA Entropic Elasticity
DNA拉伸实验通常使用蠕虫状链模型来解释;然后将模型中出现的持续长度A解释为双螺旋的弹性刚度。实际上，这种方法得到的持久长度是弯曲刚度和反映序列信息的内在弯曲效应的组合，就像在零拉伸力下一样。这一观测结果解决了这些实验中测得的A值与其他方法测得的更大的“动态持续长度”之间的差异。另一方面，扭转约束拉伸实验推导出的扭曲持续长度没有受到这样的校正。我们的计算非常简单且具有分析性;它适用于DNA和其他具有弱内在无序的聚合物。
1997-11-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Stretching chimeric DNA: a test for the putative S-form
双链DNA在约65 pN的拉力下“过度拉伸”，长度增加1.7倍。过度拉伸状态的性质是未知的，尽管它对DNA的生物功能和技术应用相当重要。有些人认为过度拉伸是一种力诱导的变性，另一些人认为过度拉伸是由一种被称为S-DNA的伸长的杂交状态的转变组成的。在一个统计力学模型中，我们考虑了极端层序非均质性对过度拉伸的影响。“嵌合”序列具有显着不同的AT组成的一半延长固定的外部条件下通过不同的，空间隔离的转换。相应的力-延伸数据显示在力下的两个平台，其差异以定性地取决于杂交S形是否可接近的方式随牵拉速率而变化。这一观察结果意味着可以在实验中进行S-DNA测试。我们的研究结果表明，定性不同，空间隔离的构象转变可以发生在一个单一的热力学状态内的单个DNA分子。
2008-06-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Vertex pinning and stretching of single molecule DNA in a linear polymer solution
本研究发现中性线性聚合物溶液中高于阈值电场的轴向电场可使单分子DNA以顶点钉扎于微通道壁并反向拉伸，撤电场后逐步弛豫释放，该方法可实现高通量高质量单分子DNA成像，并提出了水化层排出促进钉扎的机制假设。
2024-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Stretching and relaxation dynamics in double stranded DNA
我们数值研究了双链DNA分子的力学稳定性和弹性性能的网络模型的框架内，将微观自由度与碱基对的安排。我们特别关注双链DNA分子被迫进入非平衡构象的开-闭动力学。在DNA分子的一端施加的机械应力使其进入部分打开的构型。我们研究了随后的弛豫动力学与能量交换过程之间的各种自由度和结构重排，导致完全重组的双链构象。详细讨论了平面梯状DNA分子和扭曲DNA分子弛豫动力学的异同。通过这种方式，我们表明，在扭曲DNA形式的情况下，达到准平衡状态的速度比其灵活性较低的梯形对应物更快。此外，我们还发现DNA分子完全重组的速度低于强迫单元所施加的速度，这与DNA分子开合循环的实验观察相符。
2003-06-12 cond-mat.soft nlin.PS q-bio.BM
The Storm and Nelson's model for polymer stretching revisited
最近分子生物学技术的兴起使得单分子操作实验成为可能，其中分子拉伸起着主要作用。为了更好地理解实验数据，人们迫切需要一些物理和数学模型来定量地表达所观察到的分子的力学性质。在本文中，我们重新考虑了一个简单的唯象模型，再现了张力下的单链和双链DNA的行为。这个问题很容易解决，无论是在小的力的范围内，并在存在过度拉伸过渡的空腔方法，使一些属性，如弯曲刚度和弹性的DNA出现在一个非常清楚的方式。我们的理论研究结果成功地适合于实际测量和比较蒙特卡罗模拟，确认质量的方法。
2011-01-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Coupling between denaturation and chain conformations in DNA: stretching, bending, torsion and finite size effects
我们进一步开发了耦合DNA中的变性和链构象的统计模型（Palmeri J，Manghi M和Destainville N 2007 Phys. Rev. Lett. 99 088103）。我们的离散螺旋蠕虫链模型明确考虑了三个弹性自由度，即聚合物的拉伸，弯曲和扭转。通过整合这些外部变量，构象熵有助于气泡成核（碱基对的打开），这揭示了DNA解链机制。由于单体长度、弯曲模量和扭转模量的值在dsDNA和ssDNA中显著不同，因此这些效应是重要的。此外，我们探讨在这种情况下，一个额外的循环熵的作用和分析有限尺寸的影响，在实验的情况下，polydA-polydT是由两个G-C链，以及自由聚合物夹紧。
2008-09-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stretching DNA: Role of electrostatic interaction
利用一个简单的蠕虫链模型研究了静电相互作用对DNA拉伸的影响。在小力的限制下，有大的构象波动，使用自洽变分方法处理。对于较小的外力f，我们从理论上和通过一个简单的斑点图发现，扩张的尺度为fr_D，其中r_D是德拜屏蔽长度。在大的力的限制下，静电效应可以在DNA的半柔性链模型内通过假设只有小的偏离棒状构象是可能的来解释。在这种情况下，延伸接近轮廓长度为f^{-1/2}，其中f是外力的大小。该理论被用来分析测量在各种盐浓度下受到张力的双链DNA的延伸的实验。该理论再现几乎定量的弹性响应的DNA在小和大的值f和所有浓度的单价抗衡离子。同时也指出了该理论的局限性。
1998-10-08 cond-mat.soft q-bio
Stretching of a single-stranded DNA: Evidence for structural transition
最近的实验表明，仅由腺嘌呤[poly（dA）]组成的单链DNA（ssDNA）的力-延伸（F-x）曲线与胸腺嘧啶[poly（dT）]显著不同。在这里，我们表明，基地堆积相互作用是不足以描述的F-x曲线中看到的实验。减少反应坐标所产生的螺旋形成在低力和增加的连续磷酸盐之间的距离在拉伸状态下的非堆叠基地在高力在所提出的模型，定性地再现实验观察到的功能。F-x曲线中的多步平台是ssDNA结构变化的标志。
2009-07-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the origin of the unusual behavior in the stretching of single-stranded DNA
力延伸曲线（FEC）量化了各种生物分子对机械力（$f$）的响应，通常使用蠕虫状链（WLC）或自由连接链（FJC）模型进行定量拟合。这些模型预测，由轮廓长度归一化的链延伸$x$在小$f$下线性增加，并且在高力标度下线性增加为$x \sim (1 - f^{-α})$，其中对于WLC，$α$ = 0.5，对于FJC，$α$ = 1。相比之下，ssDNA的实验表明，在$f$和离子浓度的范围内，$x$按比例缩放为$x\sim\ln f$，这不能用WLC或FJC模型来解释。使用理论和模拟，我们表明，这种不寻常的行为在FEC中的ssDNA是由于序列独立的双链效应。我们发现，$x\sim \ln f$的出现，因为在没有力的正切关联函数，量化链持久性，代数衰减的顺序上的德拜长度的长度尺度。我们的理论，这是最合适的单价盐，定量拟合的实验数据，并进一步预测，这样的制度是不可辨别的双链DNA。
2012-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Comment on "Theory of high-force DNA stretching and overstretching"
最近Storm和Nelson [1]（Phys.Rev.E67，51906（2003））引入了离散持久链模型，该模型同时具有自由连接链（FJC）和蠕虫状链（WLC）模型的特征。他们的论文中的方程（20）仅在大l（余辉长度与单体长度之比）的特殊情况下是正确的。这种特殊情况是不必要的，因为一般情况也同样容易研究。在一般情况下，我们得到了对所有参数l值都正确的力延拓关系式。这个力延伸关系在小的l处简化为FJC结果，在大的l处简化为WLC结果。在较小的力下，其减少到Rosa等人的结果（cond-mat/0307015）。
2004-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Direct observation of DNA dynamics in semi-dilute solutions in extensional flow
半稀释聚合物溶液的动态行为受溶剂质量、浓度、分子量和流动类型之间的相互作用控制。半稀溶液的特征在于浓度的大波动，其中聚合物线圈相互渗透，但在平衡时可能不会拓扑缠结。在非平衡流动中，通常认为聚合物链可以在半稀释溶液中自缠结，从而导致在平衡时名义上未缠结的溶液中的缠结。尽管最近取得了进展，但我们仍然缺乏对这些动力学的完整分子水平的理解。在这项工作中，我们使用单分子技术来研究DNA在平面拉伸流中的半稀释溶液的动力学，包括高拉伸的聚合物松弛，阶跃应变实验中的瞬态拉伸动力学，以及流动中的稳态拉伸。我们的研究结果是一致的幂律缩放的最长的聚合物在半稀溶液中的弛豫时间，揭示了一个有效的排除体积指数$ν$ = 0.56。我们进一步研究了拉伸流动中的非平衡拉伸动力学，结果表明，在中等韦森伯格数和温和的线圈到拉伸过渡在半稀溶液中的稀释溶液相比，在瞬态聚合物拉伸减少。有趣的是，一组独特的分子构象在瞬态拉伸过程中的单一聚合物在半稀溶液中观察到，这表明瞬态拉伸途径的聚合物链在半稀溶液中是定性不同的稀溶液由于分子间的相互作用。总之，这项工作提供了一个分子框架，了解非平衡拉伸动力学的半稀溶液在强流。
2016-12-02 cond-mat.soft
Magnetophoresis of Flexible DNA-based Dumbbell Structures
利用磁力对磁性微结构和纳米结构的控制运动和操纵可以在生物医学、诊断学和免疫学中产生重要的应用。我们报告控制磁泳和拉伸，在水溶液中，含有磁性和抗磁性微球的DNA为基础的哑铃结构。实验测量哑铃的速度和拉伸，并与基于作用在单个磁珠或整个哑铃结构上的力的理论模型相关联。结果表明，哑铃结构的精确和可预测的操作是可以实现的，并可能被应用于免疫磁性细胞分离器。
2008-01-02 cond-mat.other cond-mat.soft
Effects of Kinks on DNA Elasticity
研究了具有可逆扭结结构缺陷的蠕虫状高分子链的弹性响应。这是一个通用的模型（a）双链DNA与某些蛋白质的结合诱导的急剧弯曲，和（b）在单链DNA的骨干trans-gauche旋转的影响。这个问题是解决了解析和数值推广众所周知的类比量子旋转器。在小的拉伸力制度，我们发现，由于扭结的存在，持续长度重整化。在相反的区域，对强拉伸的响应仅由裸持续长度决定，并由于“扭结的理想气体”而进行指数修正。在链条的高弯曲刚度的极限下，这种高力特性显著改变。在这种情况下，对机械响应的主要校正可能是由于多扭结结构（例如扭结对）的形成。
2005-02-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Stick-release pattern in stretching single condensed polyelectrolyte toroids
利用Langevin动力学方法模拟了单分子半柔性聚电解质在外力作用下的弹性响应，模拟了光镊对DNA分子的拉伸。线性链被多价反离子凝聚成环状。力-伸长曲线呈现出一系列锯齿状结构，实验中称之为释棒模式。我们证明，这些模式是环的环状结构的环展开的后果。此外，动力学，如何链的内部结构变化，在张力下，进行了检查。在拉伸的第一阶段，环形凝聚体减小其尺寸，直到环形中的第一个环损失，然后在展开过程的其余部分围绕该尺寸振荡。当圆环链松开一个环时，圆环的法向量被拉向拉力方向，并反复摆回其早期方向。结果提供了新的和有价值的信息有关的弹性和盐凝聚的DNA分子被拉伸的微观结构和动力学途径。
2009-03-03 cond-mat.soft
Theory of DNA translocation through narrow ion channels and nanopores with charged walls
研究了单链DNA通过带正电荷壁的基因工程$α$ -溶血素通道的易位。据预测，这种通道的转运特性与中性野生型$α$ -溶血素通道有显著不同。我们假设壁电荷补偿了驻留在通道中的DNA片段的裸电荷$q_{b}$的部分$x$。我们的预测如下：（i）在低浓度的盐，阻断离子电流与$x$减少。(ii)DNA片段的有效电荷$q$在$x = 0$（中性通道）处非常小，其与$x$一起生长，在$x=1$处达到$q_{b}$。(iii)通道捕获DNA的速率随$x$呈指数增长。我们的理论也适用于双链DNA在具有带正电荷的壁的狭窄固态纳米孔中的移位。
2008-06-20 cond-mat.soft q-bio.SC
Melting a stretched DNA
我们通过三维蒙特卡罗模拟、精确可解模型和启发式论证研究了拉伸力作用下双链DNA的解链。所得的力-温度相图是显着不同的情况下，力施加到只有一个股或两个。对单链和双链DNA单体大小的不同假设导致了相反的结论，即DNA是否会在过度拉伸时融化。
2008-07-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sequence-dependent Three Interaction Site (TIS) Model for Single and Double-stranded DNA
我们开发了一个强大的粗粒度模型为单链和双链DNA表示每个核苷酸的三个相互作用位点（TIS）位于质量中心的糖，磷酸盐和碱。由此产生的TIS模型包括碱基堆积，氢键，静电相互作用以及键拉伸和键角电位，占DNA的聚合物的性质。拉伸和弯曲电位的力常数的选择是由玻尔兹曼反演程序使用一个大的代表性的一组DNA结构提取的蛋白质数据库。使用学习程序计算堆叠相互作用中的一些参数，这确保了忠实地再现实验测量的二聚体的熔融温度。在没有任何进一步调整的情况下，基于TIS模型的计算再现了实验测量的单链DNA（ssDNA）的大小的盐和序列依赖性，以及聚（dA）和聚（dT）链的持久长度。有趣的是，在施加机械力时，聚（dA）的延伸表现出一个平台，我们追踪到堆叠的螺旋结构域的形成。与此相反，聚（dT）的力-延伸曲线（FEC）是熵的起源，并可以通过一个标准的聚合物模型来描述。我们还表明，双链DNA的持久长度与基于蠕虫状链的预测是一致的。的持久长度，随着盐浓度的增加而减少，是符合Odijk-Skolnick-Fixman理论，旨在为刚性链杆极限附近。在仅基于PDB结构和二聚体的解链曲线的初始构建之后不需要调整任何参数的应用范围证明了ssDNA和dsDNA的TIS模型的可转移性和稳健性。
2018-02-05 cond-mat.soft q-bio.BM
Helicase on DNA: A Phase coexistence based mechanism
我们提出了一个相共存的解旋酶，普遍存在的酶，解开双链DNA的活性机制。解旋酶-DNA复合物构成固定拉伸系综，其需要DNA的压缩和解压缩相的结构域共存，由结构域壁分开。解旋酶的马达作用导致固定约束位置的变化，从而使dsDNA上的结构域壁移位。我们将这种非平衡域壁运动与解旋酶的解链活性相关联。我们表明，这一建议给出了一个清晰和一致的解释解旋酶的主要观察到的功能。
2003-03-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio
Twist-stretch profiles of DNA chains
螺旋分子在机械载荷的作用下改变其扭曲数。我们研究了一组由介观哈密顿量模拟的短DNA分子的扭曲-拉伸关系。有限温度路径积分技术被应用于产生一个大的合奏的可能的配置的碱基对的序列。该模型还考虑了沿分子堆叠的相邻碱基对之间的弯曲和扭曲波动。模拟了广泛的扭曲构象，我们计算的螺旋结构参数平均超过合奏的碱基对配置。对于任何施加的力，该方法选择使分子的自由能最小化的平均扭转角。据发现，链通常过扭曲下施加拉伸和过扭曲是物理上相关的平均螺旋直径的收缩，即阻尼的碱基对波动。相反，假设弯曲波动的最大幅度可能会随着外部载荷而减小，则DNA分子首先在弱作用力下过度扭曲，然后在特征力值以上解扭曲。我们的研究结果进行了讨论，虽然为千碱基长的分子的实验信息。
2017-09-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Stretching weakly bending filaments with spontaneous curvature in two dimensions
一些重要的生物分子（例如，细菌FtsZ和真核生物DNA）已知会抑制自发（固有）曲率。使用一个简单的扩展蠕虫状链模型，我们研究了一个弱弯曲的细丝在两个维度上施加在其两端的拉力的响应（一种常见的配置在经典的体外实验和相关的几个体内细胞的情况下）。这种链或细丝的自发曲率一般可以是弧长依赖的，我们研究了正弦变化的情况下，从任意的情况下，可以通过傅立叶变换重建。我们得到了力-伸展关系和横向涨落宽度的解析结果。我们发现，自发曲率波动可以影响力的延伸行为，即使在相对灵活的长丝的持续长度小于轮廓长度。
2010-03-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Elastic moduli renormalization in self interacting stretchable polyelectrolytes
研究了链段间相互作用对具有有限拉伸模量的半柔性高分子链的有效弯曲模量和有效拉伸模量的影响。对于屏蔽Debye-H”uckel型相互作用势，在与著名的弯曲模量的Odijk-Skolnick-Fixman结果相同的近似水平上，导出了拉伸模量的重整化.介观段间相互作用势的存在下，耦合的弯曲和拉伸模量的方式不同于由宏观弹性理论预测。我们主张从根本上改变的角度来看，依赖于一个灵活的弹性模量的离子条件：拉伸性。不仅是持久性长度以及拉伸模量依赖于溶液中的盐的条件下，它们从根本上耦合通过介观intersegment相互作用势。这里提出的理论与最近的DNA弯曲和拉伸实验相比毫不逊色。
2000-04-10 cond-mat.soft
Lateral trapping of DNA inside a voltage gated nanopore
当穿孔膜包含嵌入式电极时，解决了短DNA片段通过纳米孔的移位。精确的数值解耦合泊松，能斯特-普朗克，斯托克斯方程的一个现实的，完全三维的设置，以及分析近似的简化模型。通过向膜电极施加合适的电压，可以迫使DNA优选沿着孔轴或在离孔壁很小但有限的距离处穿过孔。
2017-06-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
Flexibility of short DNA helices with finite-length effect: from base pairs to tens of base pairs
DNA短螺旋的柔性对于核小体的形成、DNA与蛋白质的识别等生物学功能具有重要意义。最近的实验表明，几十个碱基对（bps）的短DNA可能具有明显高于千个碱基对（bps）的DNA的灵活性，但这种高灵活性仍有争议。本文采用全原子分子动力学模拟和蒙特卡罗模拟，采用蠕虫链模型，研究了有限长（5 ~ 50 bp）的短DNA的柔性。我们的微观分析表明，短DNA具有明显的高柔性，这归因于每个螺旋末端的~6 bp的显著强的弯曲和拉伸柔性。相应地，随着DNA长度从10 bp增加到50 bp，短DNA的表观持续长度lp从~ 29 nm逐渐增加到~ 45 nm，与已有的实验数据一致。进一步的分析表明，每个螺旋末端不含~6 bp的短DNA具有与千bp DNA相似的柔性，可以用lp~ 50 nm的蠕虫链模型来描述。
2015-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Elasticity of a DNA chain dotted with bubbles under force
当DNA链受到一个方向相同的力时，柔性和沿着力的方向的延伸分别与气泡数波动和气泡的平均数有关，这里我们称之为拉伸力。力-温度相图表明存在三临界点（TCP），在那里一阶力诱导的拉链转变变得连续。另一方面，当两个力作用在相反的方向上时，我们称之为解链力，转变仍然是一级的，对于半柔性DNA来说，低温再入相可能会消失。此外，我们还发现，只有当一个外力穿透束缚相并影响气泡状态时，体弹性才会发生变化
2021-05-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Twist-bend coupling and the statistical mechanics of the twistable worm-like chain model of DNA: perturbation theory and beyond
最简单的DNA力学模型将双螺旋描述为具有扭曲和弯曲弹性的连续杆。最近的工作已经讨论了一个很少研究的耦合$G$之间的扭曲和弯曲，已知的DNA双螺旋的凹槽不对称性引起的相关性。在这里，$G$的统计力学的长DNA分子受到施加的力和扭矩的影响进行了研究。本文提出了一种小扭弯耦合有效扭转刚度$C_\text{eff}$的摄动计算方法。我们发现，“裸”$G$是“屏蔽”的热波动，在这个意义上说，低力，长分子的有效自由能是一个模型与$G=0$，但与长波长的弯曲和扭曲的刚性，移位由$G$依赖量。使用自由波动的DNA的扭转和弯曲刚度的结果，我们展示了我们的微扰结果可以扩展到一个非微扰制度。这些结果与Monte Carlo“triad”和分子动力学“oxDNA”模型的数值计算非常吻合，其特征在于不同程度的粗粒化，验证微扰和非微扰分析。虽然我们的理论是在一般良好的定量协议与实验，预测的扭转刚度系统偏离实验数据，这表明有尚未表征的方面的DNA扭曲-拉伸力学有关的低力，长分子的机械响应，这是不被广泛使用的粗粒度模型捕获。
2019-04-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Parameter-free prediction of DNA dynamics in planar extensional flow of semidilute solutions
使用多粒子布朗动力学算法，它结合了流体动力学和排除体积相互作用的上下文中的粗粒度珠弹簧链模型的DNA在semidilute解决方案进行平面拉伸流的单个DNA分子的动力学模拟。连续的细粒度协议[1，2]，其中获得的珠弹簧链的模拟数据与珠$N_b$的数量增加的值，外推到DNA中的库恩步骤$N_\text{K}$的数量（同时保持关键的物理参数不变），用于获得一系列的Weissenberg数和Hencky应变单位的无参数预测。模拟预测与[3]的实验观察进行了系统的比较，[3]最近使用单分子技术研究了$λ$ -噬菌体DNA的稀释和半稀释溶液在平面拉伸流中的动力学。特别是，他们研究了单个链对步应变变形的响应，然后停止流动，从而在单个实验中捕获链拉伸和松弛。连续细颗粒化技术，导致定量准确的预测拉伸和松弛阶段的实验观察。此外，瞬态链拉伸后的步骤应变变形被证明是小得多，在半稀释溶液中比在稀溶液中，与实验观察。
2016-12-01 cond-mat.soft
DNA Confined in Nanochannels: Hairpin Tightening by Entropic Depletion
提出了一种封闭在纳米通道中的DNA发夹的理论。发夹在接近通道壁时受到约束，这导致熵力使发夹变紧。在经典极限下计算的发夹结构的自由能比人们预期的要大得多。因此，发夹之间的距离或全局持久长度通常为数十微米长，并且对于10 nm薄通道甚至可以达到mm尺寸。计算了纳米缝、圆形和方形纳米通道的发夹形状和大小以及DNA延伸。并与实验结果进行了比较。
2006-10-02 cond-mat.soft
Twisting short dsDNA with applied tension
利用粗粒化的哈密顿模型研究了DNA分子在机械拉伸下的扭转变形，该模型考虑了稳定双螺旋的基本相互作用，并考虑了碱基对的径向和角向涨落.后者在DNA片段保持固有灵活性的短长度尺度上更为重要。所提出的计算方法模拟了一个广泛的合奏可能的分子构象，其特征在于由一个特定的平均扭曲，并确定最方便的螺旋扭曲自由能最小化。由于这是对任何外部负载进行的，因此该方法产生分子的特征性扭曲-拉伸轮廓，并且还计算宏观螺旋参数的变化，即平均直径和上升距离。据预测，短分子在拉伸下应首先过度扭曲，然后通过增加外载荷解扭曲。此外，施加恒定的负载和模拟扭转应变，过度扭曲的螺旋，它被发现，平均螺旋直径收缩，而分子伸长，在千碱基长序列中观察到的实验趋势一致。导出了定载荷下相对延伸率与超螺旋密度之间的定量关系。所提出的理论模型和计算方法提供了一种通用的方法来表征特定的DNA片段，并预测其宏观弹性响应作为介观哈密顿量的有效势参数的函数。
2017-11-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
DNA Elasticity : Topology of Self-Avoidance
我们提出了一个理论治疗的DNA拉伸和扭曲的实验中，我们讨论了全球拓扑的微妙之处，自我避免丝带，并提供了一个潜在的理由蠕虫状杆链（WLRC）模型提出的Bouchiat和Mezard。阐明了关于WLRC模型的一些理论观点：开放曲线的扭曲和使用可调节的截止参数来“正则化”模型。我们的处理带来了蠕虫状链（WLC），傍轴蠕虫状链（PWLC）和WLRC模型之间的精确关系。我们描述的现象“拓扑untwisting”和由此产生的崩溃的链接部门在WLC模型，并注意到，这导致一个自由能配置文件{ \it{periodic} }中应用的链接。这种周期性消失时，考虑到拓扑结构的自我回避或在大拉伸力（傍轴限制）。我们注意到，在WLRC模型中，困难的自我回避的非局部概念可以（近似地）被更简单的“南方回避”的局部概念所取代。这就解释了Bouchiat和Mezard使用WLRC模型解释“帽子曲线”的方法的有效性。我们提出了一类新的实验来探测自由能的周期性和非周期性行为之间的连续过渡。
2006-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective charge and free energy of DNA inside an ion channel
近年来，人们广泛研究了跨膜电压V驱动下单链DNA（ssDNA）通过脂质膜中α-溶血素通道的易位。虽然通道内ssDNA片段的裸电荷约为12（以电子电荷为单位），但不同有效电荷的测量结果为1至2之间的值。我们解释了这些具有挑战性的观察由一个大的自能的电荷在狭窄的水填充的间隙之间的ssDNA和通道壁，水和脂质的介电常数之间的巨大差异，并计算有效的ssDNA的电荷。我们从最基本的失速电荷$q_s$开始，其确定相对于电压V使DNA失速的力$F_s= q_s V/L$（L是沟道的长度）。我们表明，失速电荷$q_s$是成比例的离子电流被DNA，这是由于自能垒小。大电压V降低了DNA分子为了通过$|q_c|V$进入通道而应当克服的捕获势垒，其中$q_c$是有效捕获电荷。我们通过失速电荷$q_s$来表达它。我们还将停滞电荷$q_s$与在后端具有发夹的ssDNA中测量的另外两个有效电荷相关联：负责降低发夹解链的势垒的电荷$q_u$和负责在发夹方向上抵抗电压的DNA逃逸的电荷$q_e$。在小V，我们解释减少的捕获势垒与盐浓度。
2008-03-03 astro-ph cond-mat.soft q-bio.SC
Unveiling the influence of device stiffness in single macromolecule unfolding
DNA、RNA和其他生物大分子的单分子拉伸实验为生命和医学科学的许多领域带来了令人印象深刻的进展。这种实验的可靠性可能受到确定装置对实验输出的影响的可能性的严重限制。在这里，我们推导出一个分析模型，我们表明与以前的数值结果是一致的，定量再现AFM实验测试肌联蛋白大分子和P-选择素AFM实验与可变探针刚度。我们相信，所获得的分析描述可以代表单分子力谱实验和分子间相互作用现象的解释向前迈出的重要一步。
2018-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
