DNA双螺旋的热导率
介观与纳米尺度物理
2015-05-20 v3 生物物理
摘要
孤立单分子DNA片段的热导率对纳米技术具有重要意义,但尚未通过实验测量。基于简化一维模型的理论预测表明其热导率异常高。为研究单分子DNA的热性质,我们开发了一个三维粗粒化(CG)模型,该模型保留了全原子描述的逼真性,但效率显著更高。在所提出的模型中,每个核苷酸由6个粒子或颗粒表示;这些颗粒通过从基于成熟全原子势函数的经典分子动力学(MD)轨迹中推断出的有效势相互作用。CG模型与相应全原子模型的10 ns MD轨迹比较显示,两者与标准B型DNA的均方根偏差相似,结构涨落也相似。同时,CG模型的速度比全原子模型快10到100倍,具体取决于模拟中DNA片段的长度。从CG模型导出的色散曲线分析得到的纵向声速和扭转刚度与现有实验吻合良好。CG模型的计算效率使其能够计算目前实验上无法获得的单分子DNA的热导率。对于均匀的(polyG-polyC)DNA,估计的热导系数为0.3 W/mK,是水热导率值的一半。这一结果与简化的一维链模型(如“弹簧上的珠子”)预测的异常(无限)热导率形成鲜明对比。因此,所提出模型中保留的DNA双螺旋的完整三维特征对于描述其单分子水平的热性质似乎至关重要。
引用
@article{arxiv.1010.0363,
title = {Heat conductivity of DNA double helix},
author = {Alexander V. Savin and Mikhail A. Mazo and Irina P. Kikot and Leonid I. Manevitch and Alexey V. Onufriev},
journal= {arXiv preprint arXiv:1010.0363},
year = {2015}
}
备注
16 pages, 12 figures