扭转-弯曲耦合、扭转波与 DNA 环的形状

通过结合解析与数值计算，我们研究了约 $100$ 碱基对（bp）的短 DNA 环的最小能量形状。我们表明，在这些环中，作为对施加弯曲应力的响应，多余扭转密度发生振荡，正如近期在 DNA 微环中所发现并在核小体 DNA 中观察到的那样。这些此处称为扭转波的扭转振荡，源于扭转与弯曲形变之间的耦合，而该耦合又来自 DNA 主沟与次沟之间的不对称性。我们引入一个简单的解析变分形状，其将精确环能量重现至第四位有效数字，并且与粗粒化模拟所得形状非常吻合。最后，我们分析室温下的环动力学，表明扭转波对热涨落具有鲁棒性。它们表现出正常的扩散运动，其起源被简要讨论。