刚性DNA在多分散拥挤环境中的意外溶胀

我们研究了类DNA刚性链的构象，其由轮廓长度（$L$）和持久长度（$l_p$）表征，处于多种拥挤环境中，这些环境包含单分散软球（SS）与球柱形（SC）颗粒、SS与SC的混合物，以及模拟大肠杆菌（$E. coli.$）细胞质中蛋白质组成的环境。该刚性链在SS拥挤剂中尺寸仅适度增大至 $\phi\approx 0.1$，而在单分散SC颗粒中于低体积分数（$\phi \leq 0.2$）时比含SS颗粒介质中显著更为紧凑。在相同 $\phi$ 下，SS与SC拥挤剂的1:1混合物比纯SS或SC拥挤剂引发更强的链压缩，且效应高度非加和。我们还发现一个反直觉结果：模拟细胞裂解物组成的多分散拥挤环境使类DNA聚合物溶胀，这与柔性聚合物在同一介质中的尺寸减小形成鲜明对比。刚性链被大尺寸拥挤剂创造的波动管状环境捕获，解释了其尺寸和持久长度的急剧增加。在模拟细胞环境的多分散介质中，DNA（或相关RNA）的尺寸由 $L/l_p$ 决定。在低 $L/l_p$ 时聚合物尺寸不受影响，而在中等 $L/l_p$ 值处出现急剧溶胀。我们利用这些结果对近期关于拥挤效应对RNA影响的实验提供见解，并作出可检验的预测。