纳米通道限制如何影响 Poland-Scheraga 模型中的 DNA 熔解转变

当双链 DNA 分子被加热或暴露于变性剂时，两条链会分离。这一过程的统计物理有着悠久的历史，通常用 Poland-Scheraga (PS) 模型来描述。该模型的关键在于熔化区域（与相同大小的完整区域的熵相比）的构型熵，由环因子量化。在本研究中，我们利用理想高斯链的环因子，考察了限制如何影响 DNA 熔解转变。通过对 PS 模型的后续数值求解，我们证明熔解温度取决于单链和双链 DNA 的持久长度。对于现实的持久长度值，熔解温度预计随通道直径减小而降低。我们还证明限制使熔解转变变宽。这些一般性发现适用于所研究的三种情形：即 1. 同源 DNA，即沿 DNA 分子具有相同的碱基对；2. 随机序列 DNA；以及 3. “真实” DNA，此处为 T4 噬菌体 DNA。我们表明情形 2 和 3 通常比情形 1 产生更宽的转变。若随机序列 DNA 具有相同的 AT 与 GC 碱基对比率，则情形 3 表现出与情形 2 相似的相变。我们给出了熔解温度变化随纳米通道直径变化的简单解析估计。对于同源 DNA，我们还给出了熔解概率随温度变化的解析预测。