dna dna相互作用
DNA是best-recognized分子之一。我们都熟悉这个著名的双螺旋输送指令的制造和组装的生物体的所有组件。但是DNA不仅仅是一个字母顺序安排在刚性梯横档;聚合物与不寻常的物理性质,有时,似乎相互矛盾。例如,DNA携带大量的负电荷,然而,在合适的条件下,DNA分子吸引和凝聚成一个紧凑的状态。DNA的物理性质是广泛利用细胞执行分子壮举必要生活包括存储的信息,信息的复制和修复,regulataion这些信息是如何表示的。因此,说明DNA控制行为的分子机制的解决方案包含一个核心推力的研究。
已经提出DNA的物理性质时空组织中发挥核心作用的真核生物的染色体。实验当地核苷酸含量之间的相关性建立了DNA和国米的频率,intra-chromosomal联系人但是底层物理机制尚不明了。这里,我们结合荧光共振能量转移(FRET)测量,降水化验,和分子动力学模拟描述DNA核苷酸含量的影响,序列,并与DNA甲基化对inter-DNA协会及其相关循环。首先,我们表明,DNA凝聚的力量由poly-lysine肽降低模型的组蛋白尾巴取决于DNA的全球核苷酸还在本地内容的核苷酸序列,这是定性一样精胺的缩合。接下来,我们表明,C5甲基的存在和空间安排决定inter-DNA吸引力的力量,部分解释了为什么RNA抗拒凝结。有趣的是,多色单分子担心测量揭示强anti-correlation循环DNA和DNA DNA之间的协会,这表明一个共同的生物物理机制构成。我们建议微分之间的亲和力不同序列的DNA区域模式可能推动染色质的相分离成染色体子域。
尽管蛋白质调节高度有序的DNA组织在活的有机体内、理论研究表明DNA同源工器甚至可以优先把彼此缺乏蛋白质。这里我们将分子动力学模拟与单分子荧光共振能量转移的实验检查双螺旋DNA之间的相互作用的精胺,一种生物聚阳离子。我们发现at富集DNA工器关联比GC-rich复式公寓更强烈,不管序列同源性。甲基胸腺嘧啶作为立体块,把精胺从主要凹槽interhelical区域,从而增加dna dna吸引力。事实上,甲基化的胞核嘧啶之间的吸引力GC-rich at富集之间的DNA的DNA。最近的全基因组染色体组织研究表明,远程接触频率较高at富集和DNA甲基化,建议直接DNA DNA的相互作用,我们在这里报告可能扮演一个角色在组织染色体和基因调控。
DNA分子的自发组装成紧凑的结构在生物系统是普遍的现象。实验表明,聚阳离子可以将静电self-repulsion DNA的吸引力,然而DNA凝聚的物理机制仍然难以捉摸。在这里,我们报告原子的分子动力学模拟的结果,阐明致密的微观结构DNA的物理组件和交互,使这些组件成为可能。DNA的复制设置冷凝实验中,我们测量了内部压力的DNA阵列作为DNA DNA距离的函数,显示定量之间的协议我们的模拟结果和实验数据。MD轨迹的分析确定DNA的DNA DNA力量凝结成对,DNA凝聚的聚阳离子的静电学而不是水化和桥接阳离子的浓度,不吸附阳离子,确定大小和DNA DNA的符号的力量。最后,我们模拟定量特征DNA DNA阵列的方向相关性以及DNA和阳离子的扩散运动。
DNA DNA的相互作用是至关重要的许多生物过程,包括DNA复制、重组和压实。虽然并排两个或两个以上的DNA分子之间的相互作用是许多研究的主题,双螺旋DNA的端到端交互及其在细胞生物学作用和DNA纳米技术仍然几乎完全未知的。最近实验演示了自发的端到端协会短双螺旋DNA片段到长棒状结构。确定微观起源、大小和范围的力量推动这种壮观的自组装,我们进行了第一个直接端到端协会研究使用所有原子分子动力学方法。我们最先进的自由能计算结合强力自发的自组装的模拟显示标准的结合自由能和动力学速率常数的端到端交互。我们发现端到端力强,短程,疏水性,只有弱依赖于离子浓度。叠加自由能之间的关系,讨论了端到端吸引力以及可能的端到端交互的角色在生物和纳米系统。这项工作的描述报告出现在核酸的研究。
“大气离子”的概念是普遍在核酸系统的理论和实验研究,然而空间布置和离子的离子成分的气氛仍然难以捉摸,特别是当几个离子物种(如钠(+)、K(+),和镁(2 +))竞争中和核酸聚阴离子的电荷。补充白和同事的实验研究(j。化学。Soc.2007, 129, 14981),在这里,我们描述离子周围大气层双链DNA通过所有原子分子动力学模拟。我们证明,改善了所有原子的参数化模型可以定量地再现实验ion-count数据。我们的模拟确定大气离子的大小,浓度的离子物种竞争中和电荷的DNA,和阳离子的优惠的网站绑定在双链DNA的表面。我们发现有效的大气离子的大小取决于离子的体积浓度和价:增加或减少大气的大小。附近的DNA,镁(2 +)的浓度强烈增强而单价阳离子。在DNA凹槽,阳离子的相对浓度依赖他们的大部分价值。然而,竞争阳离子的总电荷埋在DNA凹槽是恒定的,补偿~ DNA收取总额的30%。
DNA是著名的被称为遗传信息的载体,分子的结构和动力学方面往往被忽视。然而,大多数细胞过程涉及DNA无法理解而不考虑其与其他DNA和蛋白质的相互作用。这样的相互作用可以产生自组装结构,例如DNA超螺旋,我们努力理解使用自底向上方法通过检查最基本的成分更大更复杂的系统。因此,在与团体的合作拉尔夫·塞德尔在德累斯顿技术大学Gero Wedemann应用科学大学的斯特拉松德,我们已经检查了在同向双股螺旋DNA超螺旋之间的交互使用磁性镊子,粗粒度的蒙特卡罗和原子的分子动力学模拟。我们的基础上以前的工作之间的有效力量,我们组并行DNA单价电解质在不同离子浓度。我们的模拟表明,DNA分子之间的力远小于Debye-Huckel缸预测的模型和连续介质模型无法描述DNA静电学。我们进一步证明dna dna相互作用在单价电解质使用这个简单的圆柱体模型很好地描述提供了一个重要的适应性因素是就业。应用这个模型提供粗粒度的蒙特卡罗模拟结果与实验结果的协议在一个广泛的浓度。这项工作的描述报告出现在物理评论快报。
有效力量的依赖两个DNA分子之间的距离直接计算从一组广泛的所有原子分子动力学模拟。单价的模拟表明,电解液的有效力量排斥在长途短,但可以有吸引力在中间范围。然而,这种吸引力是太弱(大约5每轮到DNA螺旋pN)诱导DNA冷凝热的存在波动。在二价电解质,DNA分子被观察到形成一个束缚态,在镁(2 +)离子桥接小树林的DNA。二价电解质的有效力量主要有吸引力,最多达到42 pN每一个的DNA螺旋。