本文基于ox-DNA模型研究了DNA hairpin結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變熱力學(xué)和動力學(xué)的相關(guān)性質(zhì)。使用朗之萬動力學(xué)的方法來模擬DNA hairpin結(jié)構(gòu)兩態(tài)轉(zhuǎn)變過程,主要從溫度和拉力兩個方面開展了以下工作:（1）DNA hairpin單分子熱力學(xué)性質(zhì)研究。利用分子動力學(xué)方法模擬,在ox-DNA的模型下研究短序列的DNA hairpin單分子在不同溫度下的相轉(zhuǎn)變行為。研究發(fā)現(xiàn)短序列的DNA hairpin單分子打開概率與體系的溫度有關(guān),在溫度比較低時,DNA hairpin單分子幾乎全部處于關(guān)閉狀態(tài),打開狀態(tài)只會低概率的出現(xiàn)。隨著溫度的升高,由溫度導(dǎo)致的打開狀態(tài)出現(xiàn)的頻率會增加。當(dāng)溫度增加到較高時,DNA hairpin單分子幾乎全部處于打開狀態(tài)。DNA hairpin單分子打開概率與溫度有定量的關(guān)系,并且可以從二態(tài)模型角度出發(fā)進行解釋。（2）DNA hairpin單分子動力力學(xué)性質(zhì)研究。固定體系的溫度不變,其模擬方法、模型和DNA hairpin單分子的序列都不變,僅在體系內(nèi)的DNA hairpin單分子兩端施加一個相反方向的恒定拉力,研究發(fā)現(xiàn)在不同溫度下,DNA hairpin單分子處于打開狀態(tài)... 

【文章來源】：貴州師范大學(xué)貴州省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

DNA復(fù)制過程中DNAhairpin的形成

貴州師范大學(xué)碩士學(xué)位論文2補部分稱為DNA發(fā)夾的莖部（stem）部分，而中間的單鏈部分稱為環(huán)狀（loop）部分[11,12]。在大量的單分子實驗中，DNAhairpin是大多數(shù)研究熱力學(xué)和動力學(xué)實驗的對象[13-16]。這么多年來，對DNA和蛋白質(zhì)的研究已經(jīng)在逐漸的完善中。在現(xiàn)在的技術(shù)下，利用磁鑷實驗可以在外加一個拉力的作用下研究DNA和蛋白質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)�，F(xiàn)在的磁鑷操縱DNA單分子的技術(shù)已經(jīng)非常的成熟了，如圖1.2所示是磁鑷操縱DNAhairpin裝置模型示意圖[17]。簡單的說就是，將DNA分子的一端固定，另一端與磁珠綁定（直徑在0.5-4.5μm），在磁珠的上方是一組可控制的小磁體，從而控制DNA分子的拉伸和彎曲。在磁鑷實驗中產(chǎn)生的拉力的精度可以控制在幾飛牛（10-3pN）到幾百皮牛之間[18]。在DNA發(fā)夾單分子磁鑷實驗中，力是可以得到了很好的控制，但對于莖部較短的序列（小于8bp），由于只幾對的氫鍵能量存在，體系本身的熱漲落就可以破壞它的結(jié)合，因此在沒有拉力的作用下，DNA發(fā)夾到DNA單鏈轉(zhuǎn)變時間只有微秒級，所以在實驗中無法精準(zhǔn)的測量。圖1.2磁鑷操縱DNAhairpin裝置模型示意圖在對DNA進行合理的模擬研究，需要一個可靠的DNA結(jié)構(gòu)模型來準(zhǔn)確地描述DNA生物物理學(xué)在分子水平上的關(guān)鍵特征。人們總是傾向于使用DNA分子的全原子（all-atom）的方式來進行模擬，以及周圍的溶劑和反離子，以此觀察DNA動力學(xué)的行為方式[19-23]。然而，當(dāng)前計算機的計算功能是有限的，無數(shù)

理論模型及模擬方法72理論模型及模擬方法2.1ox-DNA模型在2010年由牛津大學(xué)的T.E.Ouldridge教授首次提出ox-DNA模型，它再現(xiàn)了DNA短鏈、DNA雙鏈雜交、DNA單鏈堆積和DNAhairpin結(jié)構(gòu)形成的基本熱力學(xué)性質(zhì)，模型包括了DNA的基本結(jié)構(gòu)特性：螺距、駐留長度、雙鏈分子的扭轉(zhuǎn)剛度、柔性未堆積的單鏈[75-77]。在ox-DNA模型中，由一串剛性的核苷酸鏈組成，核苷酸主要由糖-磷酸鹽主干連接點（Sugar-phosphateBackboneConnectivitySite）、堆積點（StackingSite）、氫鍵點（Hydrogen-bondingSite）三點組成（如圖2.1所示）。用三點之間的相互作用很好的描述了核苷酸的氫鍵、堆積、鏈連接、排斥體積，這些相互作用能好的使DNA在低溫的條件形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)，且使ox-DNA合理的包含了單鏈和雙鏈DNA的熱力學(xué)、力學(xué)和結(jié)構(gòu)的物理特性。在過去的幾年內(nèi)ox-DNA已經(jīng)實現(xiàn)了DNA雙鏈雜交（DNADuplexHybridization）、含黏性末端的鏈替換（Toehold-mediatedDNAStrandDisplacement）、雙鏈過度拉伸（DuplexOverstretching）等[78-80]。圖2.1(a)ox-DNA模型的局部圖，其基本單元是一個剛性的核苷酸，主要由主干區(qū)和堿基區(qū)組成；(b)一個短雙鏈DNA的ox-DNA模型。在ox-DNA模型中，一個基本單元的剛性核苷酸上的三個坐標(biāo)點的距離分別

【參考文獻】：
期刊論文
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