Mg+2 反离子对噬菌体 DNA 喷射的抑制

本文研究了通过多价反离子，特别是 Mg$^{+2}$ 反离子，抑制病毒 DNA 从噬菌体中喷射的问题。实验上已知，MgSO$_4$ 盐对 DNA 的喷射量具有强烈的非单调影响。存在一个最佳浓度，在该浓度下从病毒中喷射的 DNA 量最少。在浓度较低或较高时，从衣壳中喷射的 DNA 更多。我们提出，这一现象是 Mg$^{+2}$ 多价反离子导致 DNA 过充的结果。随着 Mg$^{+2}$ 浓度从零开始增加，DNA 的净电荷从负变正。最佳抑制对应于 DNA 呈电中性时的 Mg$^{+2}$ 浓度。在浓度较低或较高时，DNA 基因组带电。它倾向于存在于溶液中以降低其静电自能，从而导致 DNA 喷射增加。通过将我们的理论与可用实验数据拟合，发现由 Mg$^{+2}$ 介导的 DNA$-$DNA 短程吸引能强度为每个核苷酸碱基 $-$0.004 $k_BT$。这一参数及其他拟合参数与其他实验和计算机模拟的已知值吻合良好。这些参数在定性上也与三价和四价反离子的数值相一致。