DNA分子是生命遺傳信息的主要物質(zhì)載體。DNA環(huán)化是DNA不同位置所攜帶信息的一種協(xié)同實(shí)現(xiàn)方式。典型的例子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控,增強(qiáng)子通過DNA環(huán)化與啟動(dòng)子相互作用,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)基因表達(dá)水平的調(diào)控。因此,破譯DNA的環(huán)化動(dòng)力學(xué)是解讀基礎(chǔ)生命過程的重要課題。本文在介紹DNA結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上,綜述DNA環(huán)化時(shí)間的計(jì)算方法。在生理?xiàng)l件下,DNA的主要性質(zhì)特點(diǎn)是彎折柔性強(qiáng),而扭轉(zhuǎn)和拉伸剛性強(qiáng);據(jù)此,DNA環(huán)化可視作自發(fā)的熵減過程。運(yùn)用熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)理論,可獲得計(jì)算DNA環(huán)化時(shí)間的半經(jīng)驗(yàn)公式。公式中的參數(shù)可由單分子光譜共聚焦技術(shù)測得的數(shù)據(jù)確定。該公式表明,空間拓?fù)錄Q定了環(huán)化概率,DNA長度決定了環(huán)化時(shí)間。該公式適用于計(jì)算DNA上的順式元件之間、順式元件與啟動(dòng)子之間的相互作用。其優(yōu)點(diǎn)在于避開了DNA結(jié)構(gòu)和細(xì)胞核環(huán)境的復(fù)雜性。

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【部分圖文】：

圖1.DNA的拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎折以及結(jié)合位點(diǎn)的方向性。(a)DNA具有拉伸、扭轉(zhuǎn)剛性大，彎折柔性大的特點(diǎn)。圖中示意了DNA的大溝和小溝，黃色區(qū)域標(biāo)識(shí)了一個(gè)DNA結(jié)合位點(diǎn)，方向?yàn)榇怪奔埫娉狻?b)蛋白質(zhì)與DNA的典型結(jié)合方式(PDB id:1LMB)。(a)中的結(jié)合位點(diǎn)以平行紙面方向?yàn)檩S，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90?得到(b)的結(jié)合位點(diǎn)朝向。

DNA的具體結(jié)構(gòu)，取決于周邊的水環(huán)境，決定了它的環(huán)境敏感性。而另一方面，DNA功能的實(shí)現(xiàn)，要求它具有強(qiáng)的抗干擾性，即魯棒性。轉(zhuǎn)錄調(diào)控等DNA環(huán)化過程，因承擔(dān)了細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的精確性使命，其發(fā)生在時(shí)間和空間具有高度精準(zhǔn)性。精準(zhǔn)性決定了DNA環(huán)化對(duì)于環(huán)境擾動(dòng)具有魯棒性。綜上，如果環(huán)境因....

圖2.大腸桿菌glnAp2基因的調(diào)控區(qū)域的環(huán)化方式與環(huán)化時(shí)間。(a) glnAp2基因上游的激活子序列。圖中標(biāo)注了拓?fù)渖弦子诎l(fā)生的3種DNA環(huán)化方式以及環(huán)化時(shí)間。(b) glnAp2基因的調(diào)控模式[13]。

從而，公式(10)即為DNA的環(huán)化時(shí)間公式。其中，τ0為實(shí)驗(yàn)測得的長度為n0的DNA的環(huán)化時(shí)間。f(f∈(0,1))為拓?fù)湟蜃�，需要�?shí)驗(yàn)測定或數(shù)值擬合的方式確定。

圖3.大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)DNA環(huán)化時(shí)間與DNA長度的關(guān)系。注：公式(10)不能給出約15 bp (～5 nm)及以下的環(huán)化時(shí)間。

結(jié)構(gòu)分析表明，在總計(jì)29種可能的環(huán)化方式中，絕大多數(shù)環(huán)化不可能發(fā)生或者發(fā)生的概率極低。其中，結(jié)構(gòu)制約因素包括三維空間尺度以及增強(qiáng)子的方向性。最可能發(fā)生的環(huán)化方式是II-V環(huán)化、I-H環(huán)化（即位點(diǎn)I上的激活子與-12區(qū)域的聚合酶全酶連接環(huán)化）、以及II-H環(huán)化。用公式(10)計(jì)算這....

本文編號(hào)：4014217