原位DNA折纸的结构和动力学通过分子动力学模拟。
长单链DNA的DNA折纸方法允许折叠与subnanometer精密复杂的3 d结构。透射电子显微镜、原子力显微镜和最近低温电子显微镜断层被用来描述这种DNA折纸的属性对象,然而其微观结构和动力学不为人知。在这里,我们报告的所有原子分子动力学模拟结果,为DNA折纸对象的结构和力学性能以前所未有的微观细节。在水环境中模拟时,DNA折纸结构对象离开他们的理想化目标空间的结果,静电,solvent-mediated部队。而这种放松的构象的全球结构特点符合目标设计,局部变形沿结构丰富、大小不一。相比之下他们的自由溶液构象,霍利迪连接在DNA折纸结构采用左手反平行的构象。我们发现DNA折纸结构进行相当大的时间波动在本地和全球尺度上。这样的结构分析揭示了DNA折纸的局部力学性能波动的对象。大大影响了全球的晶格类型结构抗弯刚度等力学性能。我们的研究表明潜在的所有原子分子动力学模拟来发挥相当大的作用,DNA折纸领域的未来发展提供准确、定量评估局部和全局DNA折纸对象的结构和力学性能。
这些动画说明DNA折纸结构的动态特性。每个仿真显示了DNA的构象层三层蜂窝结构在分子动力学130纳秒。DNA的骨干和基地显示为管;每一个DNA链显示使用一个独特的颜色。完全的核心地区结构,保持坏了就是secu * tanu减去vdW 10纳秒或更多使用突出显示(球体)表示。在坐标系零,观察到的圆表示完全打破在模拟和改革。
这个动画说明均衡波动过程中观察到的一个三层蜂窝结构130 ns的分子动力学模拟。DNA折纸结构显示使用彩色铁丝网表示。线框(黑线)连接质量的中心形成连续的双链DNA的DNA完全圆柱体在原始DNA折纸设计。中心之间的线的质量相同的索引完全连接的线框。线的长度显示当地inter-DNA距离,不同颜色的蓝色(短距离)红色(长途)。
这个动画演示了一个120 ns DNA折纸方形网格结构的分子动力学模拟。DNA折纸结构显示使用彩色铁丝网表示。个人动画说明相同的动态结构从四个不同的方面。
蜂窝结构的均衡波动以90度的可编程的弯曲。动画涵盖30 ns的分子动力学模拟;仿真系统包含超过300万个原子。DNA折纸结构显示使用彩色铁丝网表示;水和离子没有显示。在仿真过程中,局部结构的DNA折纸经历相当fluctation;结构的弯曲角仍然接近90度。
这个动画演示了一个仿真协议被用来产生一个90度弯曲蜂窝结构。最初的所有原子结构由转换caDNAno设计所有原子坐标。在第一次2 ns的平衡,所有non-hydrogen原子DNA碱基的克制他们的初始坐标;镁离子迁移到平衡位置在DNA折纸结构。弯曲的结构是由允许DNA螺旋扩张和收缩根据设计中引入的插入和删除。保护当地的顺序结构,DNA碱基的non-hydrogen原子之间的距离在10 A克制。这种elastic-network-like限制意识到通过引入谐波NAMD债券使用额外的债券的特性。两个步骤生产的限制被编程90度弯曲没有限制。