How nanochannel confinement affects the DNA melting transition within the Poland-Scheraga model
当双链DNA分子被加热或暴露于变性剂时，两条链就会分离。该过程的统计物理学有着悠久的历史，通常用波兰-谢拉加（PS）模型来描述。这个模型的关键是熔化区域的构型熵（与相同大小的完整区域的熵相比），由环因子量化。在这项研究中，我们调查如何限制影响的DNA熔融转变，通过使用一个理想的高斯链的环因子。通过对PS模型的数值求解，我们证明了单链和双链DNA的解链温度依赖于DNA的持续长度。对于现实的持久性长度的值的熔化温度预计将随着通道直径的减小而减小。我们还表明，限制扩大熔化过渡。这些一般调查结果适用于调查的三种情况：即1。同源DNA，即沿着DNA分子的相同碱基对; 2.随机序列DNA，和3.“真正的”DNA，这里是T4噬菌体DNA。我们表明，情况2和3一般会产生更广泛的过渡比情况1。如果随机序列DNA具有相同的AT与GC碱基对比率，则情况3表现出与情况2相似的相变。提供了一个简单的分析估计的熔化温度的变化作为纳米通道直径的函数。对于同源DNA，我们还提出了一个分析预测的熔化概率作为温度的函数。
2015-05-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A model for melting of confined DNA
当DNA分子被加热时，它们会变性。这发生在局部，因此形成熔化的单链DNA环，由完整的双链DNA片段连接。这种“熔化”转变的性质已经被深入研究。最近，由于实验确定了局限于纳米通道中的部分结合DNA的性质，对这个问题的兴趣激增。但是这种限制是如何影响熔化转变的呢？为了回答这个问题，我们介绍，并解决了一个模型预测如何限制影响熔化过渡的一个简单的模型系统，首先无视自我回避的效果。我们发现，过渡更平滑的窄通道。通过蒙特卡罗模拟，我们然后表明，一个模型，将自我回避定性显示相同的行为，禁闭的效果是强于在理想情况下。
2015-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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。
2014-08-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The self-assembly of DNA Holliday junctions studied with a minimal model
在本文中，我们探讨了使用粗粒度模型来模拟DNA纳米结构的自组装的可行性。我们介绍了一个简单的DNA模型，其中每个核苷酸是由两个相互作用位点对应的磷酸-糖骨架和基地。利用这个模型，我们能够模拟DNA双链体和霍利迪连接从单链DNA的自组装。我们发现，组装是最成功的温度窗口低于熔化温度的目标结构和以上的熔融温度的错键聚集体。此外，在霍利迪交界处的情况下，我们展示了如何一个层次的组装机制，降低了被困在错键配置的可能性。该模型还能够准确地再现不同结构的相对解链温度，并允许发生链置换。
2008-12-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Segmentation of DNA sequences into twostate regions and melting fork regions
通过计算工具准确预测和表征DNA解链结构域可以促进广泛的生物学应用。然而，直到现在还没有解链域预测的算法。主要的挑战包括数学映射的定量统计力学模型的定性描述的DNA解链域的困难，以及缺乏“金标准”和需要的一般性。本文介绍了一种新的方法来识别给定DNA序列上的双态区和熔解叉区。与我们以前的研究中使用的特设分割相比，新算法是基于边界概率分布，而不是标准的熔化图。我们证明了一个更详细的表征的DNA解链域地图可以使用我们的新方法，这种方法是独立的DNA解链模型的选择。我们希望这项工作能推动我们对DNA解链结构域的理解更进一步。
2008-11-28 q-bio.BM q-bio.GN
Melting of genomic DNA: predictive modeling by nonlinear lattice dynamics
在基于非线性晶格动力学的Peyrard-Bishop-Dauxois（PBD）模型框架内研究了长链异质DNA链的解链行为。pBR 322质粒和完整T7噬菌体的数据已用于获得模型拟合并确定参数对盐含量的依赖性。对于完全fd噬菌体和$ϕ$ X174噬菌体的Y1和Y2片段预测的解链曲线在没有任何可调参数的情况下与实验良好一致。单碱基对开放的计算概率与亚氨基质子交换实验获得的值是一致的。
2010-08-04 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
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
A helicoidal transfer matrix model for inhomogeneous DNA melting
一个不均匀的螺旋最近邻模型与连续的自由度，预测相同的DNA熔融特性作为传统的远程伊辛模型，在溶液中的游离DNA分子，以及超螺旋强调DNA与一个固定的连接数约束。在不损失精度的情况下，可以使用最少数量的离散点来离散连续自由度，从而产生适度尺寸（d = 36）的有效传递矩阵模型。由此产生的算法来计算DNA熔解曲线既简单又有效。
2006-10-13 q-bio.BM q-bio.QM
Ionic effect on combing of single DNA molecules and observation of their force-induced melting by fluorescence microscopy
分子梳是一种强大而简单的方法，用于将DNA分子排列到表面上。使用这种技术与荧光显微镜相结合，我们观察到，通过疏水性聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）涂覆的表面上的梳理方法，DNA分子的长度被延长到其轮廓长度（未延伸长度，16.2微米）的约1.6倍。研究了钠、镁离子和DNA溶液pH值的影响。有趣的是，我们观察到力诱导的单个DNA分子的熔化。
2003-12-22 q-bio.BM
Statistical mechanics of base stacking and pairing in DNA melting
我们提出了一个统计力学模型，其中明确引入碱基堆积和配对作为不同的自由度的DNA熔解。与以前的方法不同，该模型描述了在整个实验可达的温度范围内DNA二级结构的热变性。碱基配对通过拉链模型描述，碱基堆叠通过伊辛模型描述。我们目前的实验数据的unstacking过渡，利用观察，在适度低的pH值，这种过渡移动到实验可访问的温度。这些测量证实了伊辛模型方法确实是一个很好的描述基地堆积。另一方面，与实验的比较指出了简单的拉链模型描述碱基配对的局限性。
2004-11-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Experimental and theoretical studies of sequence effects on the fluctuation and melting of short DNA molecules
理解短DNA序列的解链，可以在遗传密码的尺度上探索DNA，并提出与已被广泛研究的超长序列所引起的问题截然不同的问题。我们通过实验和理论相结合的方法来研究这个问题。一种新的实验方法使我们能够将鸟嘌呤的开放沿着序列作为温度的函数进行映射。结果表明，非局部效应可能是重要的DNA，因为AT丰富的区域能够影响开放的碱基对，这是约10个碱基对的距离。一个早期的介观DNA模型被修改，以正确地描述与远低于熔化的单个碱基对的开放相关的时间尺度，并适当地考虑序列。使用该模型来分析一些特征序列，对于这些特征序列，可以获得关于熔化的详细实验数据[Mondek等人，2003 Europhys. Lett. { \bf 62} 452]，我们表明，我们必须引入AT丰富区域的非局部效应，以获得可接受的结果。这是第二个迹象，表明DNA的这些高度波动区域对其邻近区域的影响可以延伸到一定的距离。
2008-08-06 cond-mat.stat-mech 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
Nanomechanical resonance captures pre-melting transition in DNA unravelling
双链DNA通过中间变性的气泡片段热解开。内在地，波动在气泡边界处从与环境的非平衡（NE）能量交换而发生。然而，这样的细节变得模糊的大种群动力学在宏观尺度上，关联平衡路径的解开景观。在这项工作中，我们捕获的微流体悬臂与皮升样品的波动能量学的证据。我们利用纳米机械共振测量NE能量交换通过耗散，揭示了一个关键的预熔化转变在T~ 42 C。这意味着解开可能通过中间的气泡构象释放能量进行，足以解开气泡末端，帮助进一步解开。波动定理解释了观测结果，为研究其他生物现象中的波动动力学开辟了进一步的途径，这些生物现象也通过类似的NE能量学进行。
2018-09-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Thermodynamics of force-induced B-DNA melting: single-strand discreteness matters
B-DNA的过度拉伸目前被理解为力诱导的熔化。根据拉伸实验的几何形状，过度拉伸转变的力阈值约为65或110 pN。虽然Rouzina和Bloomfield \cite{RouzinaBloomfield2001a}已经正确地描述了力诱导熔化的机制，但两种力阈值都没有通过理论精确计算。在这项工作中，提出了一个详细的分析力-延伸曲线的基础上，描述的单链DNA的离散Kratky-Porod模型，符合（i）预期的轮廓长度从晶体学确定的单体距离，和（ii）高值的弹性拉伸模量所产生的共价键合。ss-DNA持久长度的估计值$λ= 1.0 $ nm处于目前已知估计值的低端，并反映了部分或完全拉伸状态的固有刚度，其中静电排斥效应预计最小。单链和双链DNA自由能的详细分析提供了过度拉伸力阈值的估计。在无约束几何结构中，预测阈值为64 pN。在约束的几何形状中，在允许熔融态的plectonemic拓扑的熵罚之后，预测的阈值为111 pN。
2019-02-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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。
2005-09-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Speed-Up of DNA Melting Algorithm with Complete Nearest Neighbor Properties
我们描述了一个更快，更准确的算法计算DNA变性的统计力学根据波兰-Scheraga型。最近邻热力学是一个完整的和一般的方式。该算法表示关于Yeramian等人的分区函数算法的算法复杂度的优化：我们将碱基配对概率分布的计算时间从O（N2）减少到O（N）。这种加速除了由于Fixman和Freire引入的循环熵因子的多指数近似而导致的加速之外。然而，加速与多指数近似无关，并且在确切的情况下将时间从O（N3）减少到O（N2）。除了计算标准的碱基配对概率分布，我们建议使用该算法来计算各种其他概率（环，螺旋，尾巴）的解链区域及其位置和大小的更直接的视图。
2004-01-08 q-bio.BM
Stacking and Hydrogen Bonding. DNA Cooperativity at Melting
通过考虑碱基间的堆积作用，改进了广义多肽链模型（GMPC）。基于一维Potts-like模型与多粒子相互作用，GMPC描述了在多肽和多核苷酸的螺旋-卷曲转变。在GMPC的框架中，我们表明，正确地引入最近邻堆积相互作用的背景下的氢键导致增加的稳定性（熔化温度），出乎意料的是，降低协同性（最大相关长度）。稳定性的增加被解释为由于一个额外的稳定相互作用（堆叠）和协同性的令人惊讶的减少被视为混合的结果氢键和堆叠的贡献。
2004-04-12 q-bio.BM q-bio.GN
Sharp DNA denaturation in a helicoidal mesoscopic model
Peyrard-Bishop DNA模型描述了具有简单势的分子相互作用，其允许有效地计算解链温度。然而，它是基于不考虑螺旋扭曲或任何其他相关分子尺寸的哈密顿量。在这里，我们从一个更现实的3D模型，并制定出几个近似，以达到一个新的非线性一维哈密顿与扭曲角的依赖。我们的近似值进行了数值比较，全三维计算，并建立其有效性，在政权的小角度。对于长的DNA序列，我们得到尖锐的，一阶的熔化，过渡。
2020-05-25 cond-mat.soft physics.bio-ph 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
A stitch in time: Efficient computation of genomic DNA melting bubbles
背景：使用统计力学模型对DNA熔化气泡的位置进行全基因组预测具有生物学意义。在计算上，这提出了一个挑战，即通过气泡开始和结束的所有组合的通用搜索是二次的。结果：给出了一个有效的算法，该算法的时间复杂度为O（NlogN），而不是二次的。该算法利用气泡长度可能是有限的，但没有预先假设的最大气泡长度。没有近似，如窗口，已被引入，以减少时间复杂度。该算法不仅可以找到气泡，还可以生成缝合轮廓，这是气泡和螺旋区域的概率图形模型。该算法采用概率峰值发现方法的基础上的层次分析的能量障碍的波兰Scheraga模型。结论：准确和快速的计算基因组拼接图谱是可行的。几兆字节的序列已经被计算出来，只是受到计算机内存的限制。可能的应用是气泡与启动子、TSS、病毒整合位点和其他熔化相关区域的全基因组比较。
2008-02-07 q-bio.BM q-bio.GN
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
High nucleotide skew palindromic DNA sequences function as replication origins due to their unzipping propensity
本研究通过马尔可夫链模型揭示高核苷酸偏斜的回文DNA序列因低解链动力学屏障而作为复制起点，并在多种生物中得到验证。
2024-07-18 q-bio.BM q-bio.GN q-bio.QM
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
Thermomechanics of DNA
在热平衡时均质DNA的热机械行为的理论预测了在扭矩和拉伸下变性的临界温度、稳定的B-DNA的相图、超螺旋、最佳稳定扭矩和作为力诱导的DNA熔化的过度拉伸转变。与可用的单分子操作实验的协议是优秀的。
2011-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DNA melting structures in the generalized Poland-Scheraga model
DNA变性的Poland-Scheraga模型，除了在应用中发挥核心作用外，在过去的几十年里在物理和数学文献中得到了广泛的研究。最近，在生物物理学文献中引入了一种自然的概括，以克服原始模型的局限性，即允许碱基过量-即两条单链DNA链的长度不同-并允许链配对中的滑动。当DNA处于双链形式时，模型的复杂性增加反映在构型转变的出现上。在以前的工作中的两个作者的广义波兰-Scheraga模型进行了分析，由于表示在一个双变量更新过程。在这项工作中，我们利用这种表示进一步和充分表征系统的路径特性，因此明确的几何结构-和构型转变-观察到的聚合物是在双链形式。我们所证明的是，当过量的碱基没有沿着双链以均匀的方式被吸收时，那么它要么在单个宏观环中缩合，要么积累成未结合的单链自由端。
2017-03-30 math.PR q-bio.BM
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
Consequences of local inter-strand dehybridization for large-amplitude bending fluctuations of double-stranded DNA
蠕虫状链（WLC）模型的DNA弯曲准确地再现单分子力延伸的长链（酶）的配置文件。然而，这些大尺度上的弯曲统计数据并没有建立1-10 bp尺度上独特的弹性微观模型，而这在生物学背景下特别令人感兴趣。在这里，我们研究了一类允许碱基配对中断的微观模型（即，"熔化“或”扭结“，一般称为”激发“），从而增强局部柔性。我们首先分析了蠕虫链中空间自由度的积分对激发自由能的影响。基于这种分析，我们提出了一个配方，这些模型，确保与完善的热力学熔化长链的一致性。使用一种新的方法来计算环化统计的短链从增强采样蒙特卡罗模拟，我们计算J-因子的可熔蠕虫状链（MWLC）在很宽的链长范围内，包括非常短的分子（30 bp），尚未被实验探索。对于超过约120 bp的链，包括迄今为止在实验室中研究的大多数分子，我们发现，熔融激发环化动力学的影响不大。强烈的签名融化，这可能是解决在典型的实验散射，出现只有较短的链。
2011-10-31 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Helix-coil Transition in Closed Circular DNA
本文提出了一个闭合环状DNA（ccDNA）的简化模型，以描述这种分子中螺旋-卷曲转变的一些特殊特征。ccDNA的哈密顿量与前面介绍的线性DNA的哈密顿量有关。基本假设是氢键的折合能量在整个过渡过程中不是恒定的，而是有效地依赖于已经断裂的键的分数。得到一个转换公式，它涉及在一个给定的螺旋度的ccDNA的温度在过渡到相应的线性链在相同的螺旋度的温度。该公式提供了从具有相同核苷酸序列的线性DNA的实验解链曲线计算ccDNA的解链曲线的简单方法。
2004-01-15 q-bio.BM
Twist versus Nonlinear Stacking in Short DNA Molecules
双螺旋的变性是基本生物学功能的模板，例如涉及局部波动开口形成的复制和转录。在介观哈密顿模型的框架下研究了DNA的异质短序列，即$\sim 100$碱基对的变性转变，该模型考虑了分子的螺旋几何形状。讨论了路径积分方法应用于分子物理性质预测分析的理论背景。相对于基态的碱基对位移被视为路径，其温度依赖的幅度由热波长。在任何温度下，碱基对路径的集合都是按照模型势和热力学第二定律来选择的。配分函数结合了碱基对热波动的影响，其在接近变性时变得更强。这种转变表现为从富含腺嘌呤-胸腺嘧啶碱基对的分子片段开始的渐进现象。计算平衡热力学，我们专注于扭转的互补链的分子轴和非线性堆积势之间的相互作用：它表明，后者影响的熔融配置文件，只有当旋转自由度包括在哈密顿量。使用阶梯哈密顿模型的DNA互补链在预熔化制度的质疑。
2014-04-08 cond-mat.soft 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
Duplex-single strand denaturing transition in DNA oligomers
我们测量了不同长度的聚d（A）-聚d（T）DNA寡聚体在不同缓冲液条件下的温度驱动的变性或熔融转变。我们的研究结果是在明确的分歧与两个国家，反应动力学模型，我们发现，所谓的拉链模型，其中通过开放的双链体在末端的变性收益描述以及开放碱基对的平均数量的温度依赖性。然而，过渡参数的长度依赖性的分析表明，气泡的形成是重要的，过渡，在热力学极限，是连续的，虽然接近一阶。
2003-04-24 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Thermal denaturation of an helicoidal DNA model
我们研究了DNA在其熔融转变附近的静态和动态性质，即加热时两条链的分离。该调查是基于一个简单的力学模型，其中包括螺旋几何的分子，并允许精确的数值评估其结晶性能。足够长的分子片段的动力学模拟允许的结构因素和变性区域的性质的研究。有限链的模拟显示了足够长范围的叠加力的一阶过渡的标志，尽管对模型的"普适性类“的研究强烈表明存在”潜在的“连续过渡。
2003-09-19 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Quantum transport through a DNA wire in a dissipative environment
研究了强耗散环境下DNA导线中的电子输运。我们发现，新的浴诱导的电子态的带隙内形成。这些状态出现在线性电导谱中作为温度依赖性背景，并导致从隧穿到热激活行为的交叉随着温度的升高。根据电子浴耦合的强度，费米能级处的电导可以显示出弱的指数甚至代数长度依赖性。我们的研究结果提出了一个新的环境诱导的运输机制。这可能与理解液体溶液中的分子传导实验有关，例如最近在水缓冲液中对聚（GC）低聚物进行的实验（B。Xu等人，Nano Lett 4，1105（2004））。
2005-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft q-bio.BM
Modeling the interaction of DNA with alternating fields
我们研究了太赫兹场对DNA分子热性质的影响。一个Peyrard-Bishop-Dauxois模型与包含溶剂相互作用项被认为是。太赫兹场作为正弦驱动力包含在运动方程中。我们展示了如何在一定的场和系统参数下，熔融转变和气泡的形成被修改。
2013-03-06 physics.bio-ph q-bio.BM
Modelling Disorder: the Cases of Wetting and DNA Denaturation
我们研究了双链DNA的熔解温度的基因序列的组成的影响，使用一些简单的分析可解模型提出的框架中的润湿问题。我们回顾了以前的工作，这些模型的无序版本，并解决它们时，没有预先存在的解决方案。我们用蒙特卡罗模拟和传递矩阵数值计算来检验解。我们提出的数值证据表明，对数校正的临界温度，由于无序，以前发现在RSOS模型，适用于更普遍的ASOS和连续模型。理论模型和实验数据之间的一致性表明，在这种情况下，无序应该是任何模型的关键成分，而其他方面可以保持非常简单，这种方法可以用于更广泛的问题。我们的工作也暗示了DNA序列中相关性的存在。
2007-05-04 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
Temperature dependence of circular DNA topological states
环状双链DNA具有不同的拓扑状态，这些拓扑状态由它们的连接数定义。通过连接酶将线性DNA闭合成环状，可以获得连接数的平衡分布。利用Monte Carlo模拟，我们预测了小的圆形DNA的连接数分布的温度依赖性。我们的预测是基于灵活的缺陷激发导致局部熔化或unstacking的DNA碱基对。我们发现，降低弯曲刚度单独可以导致可测量的变化的短圆形DNA的连接数分布的方差。如果缺陷伴随着局部解旋，则影响变得更加突出。这些预测结果易于在实验中进行验证，为研究急剧弯曲DNA的微观力学和特定DNA序列的热稳定性提供了一种新的方法。此外，预测是直接适用于结合的DNA扭曲蛋白，可以局部降低DNA刚性，形成DNA扭结，或引入本地解旋的研究。
2009-04-23 q-bio.BM q-bio.QM
Thermal and mechanical properties of a DNA model with solvation barrier
本文在考虑溶剂相互作用的介观Peyrard-Bishop-Dauxois模型框架下研究了DNA变性的热力学行为。通过分析均匀A-T序列的熔化转变，我们可以设定合适的模型参数值，并研究系统中气泡的形成和稳定性。然后，我们专注于P5启动子序列的情况下，并使用主成分分析的轨迹提取的主要信息的动力学行为的系统。我们发现，这种分析方法给出了一个很好的协议与以前的生物学结果。
2010-09-08 physics.bio-ph q-bio.BM
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。
2024-04-29 physics.bio-ph q-bio.BM
Hotter isn't faster for a melting RNA hairpin
本文通过粗粒化模拟发现RNA发夹解链时间随温度非单调变化，在熔点以上存在最快解链温度，并揭示单向与双向解链两种路径及其标度律，阐明螺旋结构在非平衡变性动力学中的关键作用。
2024-11-05 cond-mat.soft q-bio.BM
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。
2014-10-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Modeling the thermal evolution of enzyme-created bubbles in DNA
核酸中气泡的形成在许多生物学过程中是基本的，例如DNA复制、重组、端粒形成、核苷酸切除修复以及RNA转录和剪接。这些过程是通过与酶组装复合物来进行的，所述酶分离NA的选定区域。在非线性动力学方法的框架内，我们模拟的DNA双链体的结构由一个非线性网络耦合振荡器。我们发现，事实上，从某些局部的结构扭曲有起源振荡本地化的模式，即径向和扭转呼吸，这是与本地化的H-键变形，令人想起的复制泡沫。我们进一步研究了这些振荡气泡的温度依赖性。为此目的，使用Nos $\rm{\acute{e}}$ -Hoover方法使DNA双链体的基础非线性振荡器网络与热浴接触。特别注意的是下施加的热扰动的振荡气泡的稳定性。它表明，径向和扭转呼吸，维持热扰动的影响，即使在温度高达室温。一般来说，对于非零温度的氢键呼吸器沿双链相干移动，而在T=0站立的径向和扭转呼吸器的结果。
2004-12-04 nlin.PS q-bio.BM
