Ny teori om polymerlængde giver forbedrede estimater af DNA- og RNA -størrelse

I modsætning til de stive plastmodeller fra kemiklassen, virkelige kæder af molekyler kan bøje og strække sig, som perler på en elastik. Nogle polymerer, som DNA, er især elastiske, en egenskab, der kan komplicere forsøg på at modellere deres adfærd.

Siden Paul Flory sædvanlige arbejde, forskere har udviklet en række formler til beregning af afstanden mellem enderne af en buet polymer. Imidlertid, disse formler har typisk undladt at overveje molekylets strækbarhed. I en ny undersøgelse, udgivet i denne uge i Journal of Chemical Physics , forskere har udledt en formel til at bestemme afstanden fra ende til ende af en semifleksibel polymer, herunder DNA eller RNA, samtidig med at der tages hensyn til hvor meget polymeren strækker sig.

Tidligere estimater af, hvordan polymerer bøjer, tog ikke højde for, hvordan molekylet bevæger sig i tre dimensioner. "Denne metode til at beregne konturlængdefordelingen er mere streng, "sagde Xi Zhang fra Wuhan University og hovedforfatter til papiret." Ikke alene kan vi beregne afstanden fra ende til ende, vi kan også finde ud af polymerens form. "

Ved at inkludere polymerens strækbarhed, den nye formel kan hjælpe forskere med at estimere fleksibiliteten i segmenter af DNA, en egenskab, der vides at være afgørende for dens biologiske funktion. DNA's fleksibilitet påvirker bindingen af ​​regulatoriske proteiner og hvordan DNA'et ombrydes omkring histoner, proteiner, der fungerer som spoler for at holde DNA pænt pakket inde i en kerne. De specifikke måder, hvorpå DNA bøjer og ombryder histoner, kan påvirke genekspression ved at udsætte visse gener for ydersiden, mens andre forbliver gemt væk.

Forskerne byggede på grundlaget for den ormlignende kædemodel, som behandler semifleksible polymerer som DNA og RNA som led i en kæde. Ved hjælp af omfattende Monte Carlo -simuleringer, de validerede deres formel over en lang række værdier for stretchiness og fleksibilitet. De brugte også molekylære dynamiksimuleringer, hvilken model, hvordan molekyler bevæger sig og interagerer i tid, for at sikre, at de opnåede lignende resultater fra deres metode til korte DNA- og RNA -polymerer.

Denne formel er mere beregningsmæssigt effektiv end at bruge computersimuleringer til at bestemme end-to-end afstanden af ​​stretchy, bøjningspolymerer, og, på sekunder, kan beregne resultater, der kan tage uger med simuleringer.

Den nye formel er især nyttig til at estimere fordelingen af ​​ende-til-ende-længde af små polymerer, påpeger forfatterne. "Denne strækning er virkelig vigtig i en biopolymer, når den er virkelig kort, sig 40 basepar, "Sagde Zhang. De beregner, at effekten af ​​strækningen bliver ubetydelig for DNA -molekyler længere end omkring 130 basepar, og for RNA'er længere end ca. 240 basepar.