力诱导 B-DNA 熔化的热力学：单链离散性的重要性

B-DNA 的过拉伸目前被理解为力诱导的熔化。根据拉伸实验的几何构型，过拉伸转变的力阈值约为 65 pN 或 110 pN。尽管 Rouzina 和 Bloomfield \cite{RouzinaBloomfield2001a} 已经正确描述了力诱导熔化背后的机制，但理论上尚未精确计算出这两个力阈值。本文基于离散 Kratky-Porod 模型对单链 DNA 的描述，对力-拉伸曲线进行了详细分析，该描述与（i）由晶体学测定的单体距离所预期的轮廓长度，以及（ii）由共价键产生的高弹性拉伸模量相一致。对 ss-DNA 持续长度 $\lambda = 1.0$ nm 的估计值处于目前已知估计值的低端，反映了部分或完全拉伸态的固有刚度，在该状态下静电排斥效应预计最小。对单链和双链 DNA 自由能的详细分析提供了过拉伸力阈值的估计。在无约束几何构型中，预测阈值为 64 pN。在约束几何构型中，在考虑了熔化态 plectoneme 拓扑的熵惩罚后，预测阈值为 111 pN。