水介导的DNA序列通过离子电流封锁在一个生物纳米孔
电动field-driven易位的DNA链通过生物纳米孔已被证明产生封锁的纳米孔离子电流取决于链的核苷酸组成。耦合生物纳米孔MspA DNA处理酶使DNA测序技术通过测量离子电流封锁。然而,物理机制使DNA序列读出仍然待定。在这里,我们报告所有原子分子动力学模拟的结果,阐明离子电流的物理机制在生物纳米孔MspA封锁。我们发现排开的水的纳米孔的DNA链决定了纳米孔离子电流,而DNA核苷酸的空间和base-stacking属性确定排开的水。出乎意料地,我们发现DNA的有效力量MspA接受大的波动,这可能产生DNA序列中插入错误读数。
分子动力学模拟的长篇MspA-DNA-phi29聚合酶系统在180 mV的偏见。MspA纳米孔显示为绿色分子表面剖视,露出一个模板DNA链螺纹的5 '端通过MspA收缩和3 '端通过phi29聚合酶分子表面)(半透明的蓝色。模板链形式的DNA链互补DNA双螺旋DNA聚合酶的活性位点和3 '端模板链。MspA纳米孔是嵌入在POPC双层(紫色)。水和离子没有显示。这130 ns仿真过程中,DNA聚合酶和双工部分旋转的轴孔隙超过90度。这种聚合酶的大规模运动没有可衡量的影响的模板链的构象MspA收缩。
分子动力学模拟的5 '反式聚(dT)系统。的简约长度MspA剖视绿色分子表面,显示了纳米孔的骨干DNA片段显示为黄色的球,和DNA碱基蓝色所示;脂质双分子层显示为紫色线条和领域。水和离子没有显示。的核苷酸的DNA链谐波抑制,模仿一个DNA聚合酶的作用。这个动画演示了一个9.77微秒片段的获得的所有原子轨道180 mV跨膜的偏见。
分子动力学模拟的5 '反式聚(dC)系统。的简约长度MspA剖视绿色分子表面,显示了纳米孔的骨干DNA片段显示为黄色的球,和DNA碱基紫色所示;脂质双分子层显示为紫色线条和领域。水和离子没有显示。的核苷酸的DNA链谐波抑制,模仿一个DNA聚合酶的作用。这个动画演示了一个8.77微秒片段的获得的所有原子轨道180 mV跨膜的偏见。
分子动力学模拟的5 '反式聚(dA)系统。的简约长度MspA剖视绿色分子表面,显示了纳米孔的骨干DNA片段显示为黄色的球,和DNA碱基红色所示;脂质双分子层显示为紫色线条和领域。水和离子没有显示。的核苷酸的DNA链谐波抑制,模仿一个DNA聚合酶的作用。这个动画演示了一个8.46微秒片段的获得的所有原子轨道180 mV跨膜的偏见。
分子动力学模拟的3 '反式聚(dT)系统。的简约长度MspA剖视绿色分子表面,显示了纳米孔的骨干DNA片段显示为黄色的球,和DNA碱基蓝色所示;脂质双分子层显示为紫色线条和领域。水和离子没有显示。的核苷酸的DNA链谐波抑制,模仿一个DNA聚合酶的作用。这个动画演示了一个6.41微秒片段的获得的所有原子轨道180 mV跨膜的偏见。
分子动力学模拟的3 '反式聚(dC)系统。的简约长度MspA剖视绿色分子表面,显示了纳米孔的骨干DNA片段显示为黄色的球,和DNA碱基紫色所示;脂质双分子层显示为紫色线条和领域。水和离子没有显示。的核苷酸的DNA链谐波抑制,模仿一个DNA聚合酶的作用。这个动画演示了一个5.76微秒的碎片在180年获得的所有原子轨道mV跨膜的偏见
分子动力学模拟的3 '反式聚(dA)系统。的简约长度MspA剖视绿色分子表面,显示了纳米孔的骨干DNA片段显示为黄色的球,和DNA碱基红色所示;脂质双分子层显示为紫色线条和领域。水和离子没有显示。的核苷酸的DNA链谐波抑制,模仿一个DNA聚合酶的作用。这个动画演示了一个6.41微秒所有原子轨道下获得180 mV跨膜的偏见。
微观机理的离子通过MspA收缩。这个动画演示了一个短(3 ns)片段5的反式聚(dT)轨迹。系统的瞬时坐标记录每5 ps这个片段的轨迹。的简约长度MspA频道显示为八字绿色分子表面,DNA片段所示蓝色,紫色的脂质双分子层,和钾和氯离子作为黄色和青色球体,分别。水分子结构和bulk-like显示为半透明的蓝色和浅灰色球体,分别。水分子结构被定义为那些位于2.5蛋白质或DNA的原子。水分子的闪烁的仿真系统的外围是由水分子进出的体积可视化动画。