高分子鏈穿孔行為的研究.pdf

1、生物體內的很多生理過程都涉及到蛋白質、DNA和RNA等高分子的遷移,例如,DNA和RNA穿過核孔,蛋白質穿過薄膜,病毒注射入細胞等等。由于其在生物技術上的重要價值,科研工作者對生物大分子穿越納米孔道的研究十分感興趣。對這些遷移過程的研究有助于我們更深入地了解這些生理過程,同樣會產生一些潛在的應用前景,例如,DNA測序、基因治療和可控的藥物輸送。在本文第二章中,我們采用分子動力學方法對線型高分子鏈穿越孔道的過程進行了模擬。結果表明對于不同

2、的外電場力,遷移時間的標度行為都出現(xiàn)交叉現(xiàn)象,并且在短鏈時符合τ-N2v,在長鏈時符合τ-N1+v。統(tǒng)計了遷移時間的分布,發(fā)現(xiàn)其在峰值之前的部分接近高斯分布,在峰值之后的部分呈現(xiàn)指數(shù)衰減。在本文第三章中,我們采用分子動力學方法對環(huán)型、打結及折疊高分子鏈穿越孔道的過程進行了模擬。對于環(huán)型高分子,在不同外電場力的作用下,遷移時間的標度行為出現(xiàn)交叉現(xiàn)象,并且長鏈部分的標度指數(shù)接近于雙鏈DNA穿孔實驗的結果。無論是長鏈還是短鏈,其標度指數(shù)在數(shù)值

3、上都比線型高分子的結果要小。遷移時間的分布行為與線型高分子的結果呈現(xiàn)類似的趨勢。對于打結高分子,其遷移時間的分布出現(xiàn)新奇的雙峰現(xiàn)象,在主峰之前,出現(xiàn)了次峰。當外電場力增大時,次峰慢慢地變大,之后達到最大值,接著又慢慢減小直至消失。對于折疊高分子,對稱折疊與非對稱折疊的高分子對應遷移時間的分布呈現(xiàn)不同的趨勢。對稱折疊高分子遷移時間的分布與環(huán)型高分子的結果類似,并且呈現(xiàn)清晰的單峰分布。非對稱折疊高分子遷移時間的分布則沒有出現(xiàn)清晰的單峰。在混

4、合NDA穿孔實驗中,遷移時間的分布是否呈現(xiàn)單峰,可以區(qū)分出一條高分子是非對稱折疊的,還是對稱折疊或者線型的。在本文第四章中,我們采用分子動力學方法對單鏈DNA等分子穿越孔道的過程進行了模擬,并且在記錄DNA單體穿越孔道的居留時間的基礎上,提出了一種預測DNA鏈序列的方法。應用該方法預測了二十條不同序列的DNA鏈,平均準確率在94.7％左右。在單鏈DNA穿過納米孔道的實驗中,如果能夠準確地記錄下每個單體的居留時間,就可以從居留時間圖中一次