مطالعه رفتار نانومكانيكي مولكول DNAتحت تاثير نيروهاي كششي

Study of nanomechanical behavior of double-stranded DNA molecule under tensile forces

اين پژوهش قصد دارد اطلاعات جديدي درباره رفتار مكانيكي مولكول دو رشته اي دي اِن اِيارايه دهد. به اين منظور، مجموعه اي از شبيه سازي هاي ديناميك مولكولي توسعه‌يافته با جزييات اتمي بر روي دي ان اي دوازده-پاره-اي انجام مي شود. محاسبات ديناميك مولكولي با استفاده از روش حلالبُرن تعميم يافته-مساحت سطح قابل دسترس و ديناميك لانگويني صورت مي گيرد. منحني هاي تنش-كرنش دي ان اي كه تحت زاويه ها و سرعت هاي مختلف كشش به دست مي آيد مورد تحليل قرار گرفته و نقش سرعت كشش و زاويه كشش در تعيين خواص بيومكانيكي دي ان اي دو رشته اي طول كوتاه بررسي مي شود. نتايج به دست آمده نشان مي دهد چقدر رفتار مولكول دي ان اي تحت تاثير نيروهاي كششي مي-تواند پيچيده باشد. از طريق تحليل در سطح جفت بازهاي تغيير شكل مولكول، طي فرآيندهاي كشش، پايداري سازه اي مولكول دي ان اي-اي كه در معرض كشش زاويه دار با سرعت هاي كشش مختلف قرار مي گيرد و نيز مسيرهاي متفاوت براي جدايش دي ان اي دو رشته اي مطالعه مي گردد. پايداري سازه اي دي ان اي دو رشته اي مي تواند وابسته به سرعت و زاويه كشش باشد. درحالي‌كه پايداري سازه اي با كاهش سرعت كشش مي تواند به طور قابل ملاحظه اي كاهش يابد، كشش دي ان اي تحت زواياي مختلف اثرات متفاوت و غيرقابل پيش بيني بر پايداري ساختار آن خواهد داشت.

This research aims to provide new information about the mechanical behavior ofdouble-strandedDNA (dsDNA). For this purpose, a series of extended atomicresolution molecular dynamics (MD) simulations of DNAdodecameris performed. The MD calculations are carried out using Generalized Born solvent-accessible surface areamethod and Langevin dynamics.The stress-strain curves of DNA obtained under various pulling rates and pulling angles are analyzed, and the role of pulling angle and velocity in determining biomechanical properties of short dsDNA is discussed. The results illustrate that how much the behavior of DNAunder action of tensile forces could be complicated. By means of at base pair level analyses of the molecule conformation during the stretching processes, the structural stability of the DNA molecule subjected to the angled pulling with different pulling rates and different pathways to the dsDNA rupture are studied. The structural stability of dsDNA can be dependent on the pulling velocity and pulling angle. Whereas the DNA stability can decrease significantly with the reduction of pulling velocity, stretching the DNA under different angles has different unpredictable effects on its structural stability.