环境噪声对 DNA 中电荷扩散的影响：面向活体过程的表观遗传影响建模

DNA 中的电荷扩散是一种物理化学现象，一方面被探索用于技术目的，另一方面被自然界应用于各种信息处理过程。就后者而言，越来越多的实验和理论证据表明，DNA 中的电荷扩散参与了 DNA 复制和修复的基本步骤，以及通过 DNA 甲基化或 DNA 蛋白结合等表观遗传机制调控基因表达。从物理学角度看，DNA 支持类似金属的行为，具有长程电荷迁移。然而，尤其是在考虑活体环境时，DNA 中的电荷迁移需要考虑顃occur 噪声和无序。本文分析了在不同来源的内在和环境涨落存在下，沿 DNA 模拟的二维紧束缚晶格中单个电荷的量子扩散。我们表明，双链晶格根据 DNA 序列的原子计算参数化，提供了样本之间复杂的路径网络，可能导致长距离相干现象。这些效应强烈取决于载体类型 (电子、空穴)、晶格的能级轮廓 (组成) 以及噪声和无序的类型。特别值得注意的是，空间相关的低频涨落可能支持样本距离几乎几个单位的相干电荷传递。我们的结果可能触发进一步的实验活动，以探讨 DNA 中电荷迁移，既在原生体内情境下，也在人工平台上。