力作用下 DNA 拉伸的介观模型：新结果与实验比较

B-DNA 拉伸的单分子实验表明，随着外力增加会出现一次或两次结构转变。其特征为 DNA 轮廓长度的突然增加和弯曲刚度的降低。有观点认为，第一次转变发生在 60--80 pN 的力下，是从 B-DNA 到 S-DNA（被视为拉伸的双链 DNA）的转变；而第二次转变发生在更强的力下，是链剥离导致形成单链 DNA (ssDNA)，类似于热变性。但由于实验条件，这两次转变可能会重叠，例如对于 poly(dA-dT)。我们推导了使用耦合离散蠕虫状链 -Ising 模型的解析公式。我们的模型考虑了弯曲刚度、链的离散性、以及线性和非线性（针对 ssDNA）键拉伸。在零力极限下，该模型简化为我们之前为研究 DNA 热熔化而开发的耦合模型，从而与变性曲线的先前拟合参数值建立了联系。我们发现：(i) 使用解析公式，仅需轮廓长度、弯曲模量和单体尺寸三个自由参数，即可在纳牛顿范围内拟合 ssDNA；(ii) 只有选择 0.2 nm 的单体尺寸（比 ssDNA 核碱基长度小近 4 倍），才能在此力范围内获得惊人的良好拟合；(iii) 介观模型无法拟合 B 到 ssDNA（或 S 到 ss）的转变；(iv) 推导出了强力近似下及长 DNA 的 B 到 S 转变拟合解析公式，该公式与精确转移矩阵计算结果高度一致；(v) 该公式能完美拟合 poly(dG-dC) 和$\lambda$-DNA 的力 - 延伸曲线，且参数值一致；(vi) 呈现出一个连贯的图像，其中 S 到 ssDNA 的转变比 B 到 S 的转变更敏感于碱基对序列。