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核酸螺旋模型中的碱基对波动。

Base pair fluctuations in helical models for nucleic acids.

机构信息

School of Science and Technology, University of Camerino, I-62032 Camerino, Italy.

出版信息

J Chem Phys. 2021 May 21;154(19):194102. doi: 10.1063/5.0046891.

DOI:10.1063/5.0046891
PMID:34240895
Abstract

A statistical method is developed to estimate the maximum amplitude of the base pair fluctuations in a three dimensional mesoscopic model for nucleic acids. The base pair thermal vibrations around the helix diameter are viewed as a Brownian motion for a particle embedded in a stable helical structure. The probability to return to the initial position is computed, as a function of time, by integrating over the particle paths consistent with the physical properties of the model potential. The zero time condition for the first-passage probability defines the constraint to select the integral cutoff for various macroscopic helical conformations, obtained by tuning the twist, bending, and slide motion between adjacent base pairs along the molecule stack. Applying the method to a short homogeneous chain at room temperature, we obtain meaningful estimates for the maximum fluctuations in the twist conformation with ∼10.5 base pairs per helix turn, typical of double stranded DNA helices. Untwisting the double helix, the base pair fluctuations broaden and the integral cutoff increases. The cutoff is found to increase also in the presence of a sliding motion, which shortens the helix contour length, a situation peculiar of dsRNA molecules.

摘要

一种统计方法被开发出来,用于估计核酸的三维介观模型中碱基对波动的最大幅度。将碱基对围绕螺旋直径的热振动视为嵌入稳定螺旋结构中的粒子的布朗运动。通过整合与模型势能的物理性质一致的粒子路径,计算出随着时间的推移回到初始位置的概率。将首次通过概率的零时间条件定义为选择各种宏观螺旋构象的积分截止值的约束条件,通过调整相邻碱基对之间的扭转、弯曲和滑动运动来获得分子堆积上的宏观螺旋构象。将该方法应用于室温下的短均链,我们得到了与双链 DNA 螺旋典型的每螺旋转约 10.5 个碱基对的扭转构象的最大波动的有意义的估计。解开双链螺旋,碱基对的波动会变宽,积分截止值会增加。在存在滑动运动的情况下,也会发现截止值增加,这种情况是 dsRNA 分子特有的,它会缩短螺旋轮廓长度。

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