Nonlinear Physics of DNA
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发表时间：
1998-02
期刊：
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通讯作者：
L. V. I︠A︡kushevich
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文献类型：
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作者：
L. V. I︠A︡kushevich
第一版序言。第二版序言。 1 DNA 结构。 1.1 化学成分和主要结构。 1.2 空间几何和二级结构。 1.3 稳定二级 DNA 结构的力。 1.3.1 氢相互作用。 1.3.2 堆叠交互。 1.3.3 远程骨干内和骨间力。 1.3.4 DNA 静电场。 1.4 多态性。 1.5 三级结构。 1.5.1 超螺旋性。 1.5.2 细胞的结构组织。 1.6 DNA 结构的近似模型。 1.6.1 一般评论。 1.6.2 结构模型的层次结构。 1.7 研究DNA结构的实验方法2 DNA 动力学。 2.1 DNA 内部迁移率的概况。 2.2 扭转和弯曲运动。 2.3 基地的动态。 2.3.1 平衡状态。 2.3.2 底座可能的运动。 2.4 糖-磷酸主链的动力学 e． 2.4.1 平衡状态。 2.4.2 糖-磷酸骨架的可能运动。 2.5 构象转变。 2.5.1B-> 过渡。 2.5.2B-> Z 过渡。 2.6 与局部股分离相关的运动。 2.6.1 由于碱基旋转导致的碱基对打开。 2.6.2 股线的横向位移。 2.7 DNA 动力学的近似模型。 2.7.1 建模的主要原则。 2.7.2 动力学模型的层次结构。 2.8 研究 DNA 动力学的实验方法。 2.8.1 拉曼散射。 2.8.2 中子散射。 2.8.3 红外光谱。 2.8.4 氢-氘（-氚）交换。 2.8.5 微波吸收。 2.8.6 核磁共振。 2.8.7 电荷转移实验。 2.8.8 单分子实验。 3 DNA功能。 3.1 DNA 功能的物理方面。 3.2 插层。 3.3 DNA-蛋白质识别。 3.4 基因表达。 3.5 基因表达的调节。 3.6 复制。 4 DNA 线性理论。 4.1 主要数学模型。 4.1.1 线性杆状模型。 4.1.1.1 纵向和扭转动力学：离散情况。 4.1.1.2 纵向和扭转动力学：连续情况。 4.1.1.3 弯曲运动。 4.1.2 线性双杆模型。 4.1.2.1 离散情况。 4.1.2.2 连续情况。 4.1.3 更高层次的线性模型。 4.1.3.1 第三级模型。 4.1.3.2 第四级（格）模型。 4.2 线性激励的统计。 4.2.1 棒状模型中的声子。 4.2.1.1 模型方程的通解。 4.2.1.2 二次量子表示。 4.2.1.3 相关函数。 4.2.2 双棒状模型中的声子。 4.2.2.1 模型方程的通解。 4.2.2.2 二次量子表示。 4.2.2.3 相关函数。 4.2.3 高级模型中的声子。 4.3 散射问题。 4.3.1“冷冻”DNA 的散射。 4.3.2 弹性散射。 4.3.3 非弹性散射。 4.4 线性理论与实验。 4.4.1 荧光去偏振。 4.4.2 低频光谱：中子散射、红外散射、拉曼散射、声速。 5 DNA 非线性理论：理想动力学模型。 5.1 非线性数学建模：一般原则和限制。 5.2 非线性杆状模型。 5.2.1 Muto 的棒状模型。 5.2.2 克里斯蒂安森模型。 5.2.3 市川棒状模型。 5.3 非线性双杆模型。 5.3.1 一般情况：哈密顿量。 5.3.2 一般情况：动力学方程。 5.3.3 Y 模型。 5.3.3.1 离散情况。 5.3.3.2 连续情况。 5.3.3.3 线性近似。 5.3.3.4 第一积分。 5.3.3.5 通过牛顿法找到的类扭结解。 5.3.3.6 用赫尔曼方法找到的类扭结解。 5.3.4 佩拉德和毕肖普的模型。 5.3.5 Muto 的双杆状模型。 5.3.6 巴比模型。 5.3.7 Campa模型。 5.4 更高层次的非线性模型5.4.1 克鲁姆汉斯尔和亚历山大的模型。 5.4.2 沃尔科夫模型。 6 DNA 非线性理论：非理想模型。 6.1 环境的影响。 6.1.1 一般方法。 6.1.2 具体示例。 6.1.3 温泉浴中的 DNA。 6.2 不均匀性的影响。 6.2.1 边界。 6.2.2 当地区域。 6.2.3 碱基序列。 6.3 螺旋度的影响。 6.4 不对称的影响。 7 DNA 非线性理论：非线性激励统计。 7.1 PBD 方法。 7.2 理想气体近似。 7.3 散射问题和非线性数学模型7.3.1 简单的正弦-戈登模型。 7.3.2 螺旋正弦戈登模型。 7.3.3 Y 模型。 8 DNA 非线性实验测试。 8.1 氢-氚（或氢-氘）交换 E ． 8.2 谐振微波吸收。 8.3 中子和光的散射8.3.1 费佳宁和雅库舍维奇的解释。 8.3.2 Cundall 和 Baverstock 的解释。 8.4 荧光去偏振。 9 非线性和函数。 9.1 构象转变的非线性机制9.2 非线性构象波和长程效应9.3 转录调节的非线性机制。 9.4 转录过程的方向。 9.5 DNA 变性的非线性模型。附录。附录 1：扭转和弯曲运动的数学描述。附录 2：DNA 的结构和动力学特性。参考。指数。
Preface to the First Edition. Preface to the Second Edition. 1 DNA Structure. 1.1 Chemical Composition and Primary Structur. 1.2 Spatial Geometry and Secondary Structure. 1.3 Forces Stabilizing the Secondary DNA Structure. 1.3.1 Hydrogen Interactions. 1.3.2 Stacking Interactions. 1.3.3 Long-range Intra- and Inter-backbone Forces. 1.3.4 Electrostatic Field of DNA. 1.4 Polymorphism. 1.5 Tertiary Structure. 1.5.1 Superhelicity. 1.5.2 Structural Organization in Cells. 1.6 Approximate Models of DNA Structure. 1.6.1 General Comments. 1.6.2 Hierarchy of Structural Models. 1.7 Experimental Methods of Studying DNA Structure. 2 DNA Dynamics. 2.1 General Picture of the DNA Internal Mobility. 2.2 Twisting and Bending Motions. 2.3 Dynamics of the Bases. 2.3.1 Equilibrium State. 2.3.2 Possible Motions of the Bases. 2.4 Dynamics of the Sugar-Phosphate Backbon e. 2.4.1 Equilibrium State. 2.4.2 Possible Motions of the Sugar-Phosphate Backbone. 2.5 Conformational Transitions. 2.5.1B-> A Transition. 2.5.2B-> Z Transition. 2.6 Motions Associated with Local Strands Separation. 2.6.1 Base-pair Opening Due to Rotations of Bases. 2.6.2 Transverse Displacements in Strands. 2.7 Approximate Models of DNA Dynamics. 2.7.1 The Main Principles of Modeling. 2.7.2 Hierarchy of Dynamical Models. 2.8 Experimental Methods for Studying DNA Dynamics. 2.8.1 Raman Scattering. 2.8.2 Neutron Scattering. 2.8.3 Infrared Spectroscopy. 2.8.4 Hydrogen-Deuterium (-Tritium) Exchange. 2.8.5 Microwave Absorption. 2.8.6 NMR. 2.8.7 Charge-transfer Experiments. 2.8.8 Single Molecule Experiments. 3 DNA Function. 3.1 Physical Aspects of DNA Function. 3.2 Intercalation. 3.3 DNA-Protein Recognition. 3.4 Gene Expression. 3.5 Regulation of Gene Expression. 3.6 Replication. 4 Linear Theory of DNA. 4.1 The Main Mathematical Models. 4.1.1 Linear Rod-like Model. 4.1.1.1 Longitudinal and Torsional Dynamics: Discrete Case. 4.1.1.2 Longitudinal and Torsional Dynamics: Continuous Case. 4.1.1.3 Bending Motions. 4.1.2 Linear Double Rod-like Model. 4.1.2.1 Discrete Case. 4.1.2.2 Continuous Case. 4.1.3 Linear Models of Higher Levels. 4.1.3.1 The Third-Level Models. 4.1.3.2 The Fourth-level (Lattice) Models. 4.2 Statistics of Linear Excitations. 4.2.1 Phonons in the Rod-like Model. 4.2.1.1 General Solution of the Model Equations. 4.2.1.2 Secondary Quantum Representation. 4.2.1.3 Correlation Functions. 4.2.2 Phonons in the Double Rod-like Model. 4.2.2.1 General Solution of the Model Equations. 4.2.2.2 Secondary Quantum Representation. 4.2.2.3 Correlation Functions. 4.2.3 Phonons in the Higher-level Models. 4.3 Scattering Problem. 4.3.1 Scattering by "Frozen" DNA. 4.3.2 Elastic Scattering. 4.3.3 Inelastic Scattering. 4.4 Linear Theory and Experiment. 4.4.1 Fluorescence Depolarization. 4.4.2 Low-frequency Spectra: Neutron Scattering, Infrared scattering, Raman Scattering, Speed of Sound. 5 Nonlinear Theory of DNA: Ideal Dynamical Models. 5.1 Nonlinear Mathematical Modeling: General Principles and Restrictions. 5.2 Nonlinear Rod-like Models. 5.2.1 The Rod-like Model of Muto. 5.2.2 The Model of Christiansen. 5.2.3 The Rod-like Model of Ichikawa. 5.3 Nonlinear Double Rod-like Models. 5.3.1 General Case: Hamiltonian. 5.3.2 General Case: Dynamical Equations. 5.3.3 The Y-model. 5.3.3.1 Discrete Case. 5.3.3.2 Continuous Case. 5.3.3.3 Linear Approximation. 5.3.3.4 The First Integral. 5.3.3.5 Kink-like Solutions Found by Newton's Method. 5.3.3.6 Kink-like Solutions Found by the Method of Hereman. 5.3.4 The Model of Peyrard and Bishop. 5.3.5 The Double Rod-like Model of Muto. 5.3.6 The Model of Barbi. 5.3.7 The Model of Campa. 5.4 Nonlinear Models of Higher Levels. 5.4.1 The Model of Krumhansl and Alexander. 5.4.2 The Model of Volkov. 6 Nonlinear Theory of DNA: Non-ideal Models. 6.1 Effects of Environment. 6.1.1 General Approach. 6.1.2 Particular Examples. 6.1.3 DNA in a Thermal Bath. 6.2 Effects of Inhomogeneity. 6.2.1 Boundary. 6.2.2 Local Region. 6.2.3 Sequence of Bases. 6.3 Effects of Helicity. 6.4 Effects of Asymmetry. 7 Nonlinear Theory of DNA: Statistics of Nonlinear Excitations. 7.1 PBD Approach. 7.2 Ideal Gas Approximation. 7.3 The Scattering Problem and Nonlinear Mathematical Models. 7.3.1 The Simple Sine-Gordon Model. 7.3.2 Helical Sine-Gordon Model. 7.3.3 The Y-model. 8 Experimental Tests of DNA Nonlinearity. 8.1 Hydrogen-Tritium (or Hydrogen-Deuterium) Exchange E . 8.2 Resonant Microwave Absorption. 8.3 Scattering of Neutrons and Light. 8.3.1 Interpretation of Fedyanin and Yakushevich. 8.3.2 Interpretation of Cundall and Baverstock. 8.4 Fluorescence Depolarization. 9 Nonlinearity and Function. 9.1 Nonlinear Mechanism of Conformational Transitions. 9.2 Nonlinear Conformational Waves and Long-range Effects. 9.3 Nonlinear Mechanism of Regulation of Transcription. 9.4 Direction of Transcription Process. 9.5 Nonlinear Model of DNA Denaturation. Appendix. Appendix 1: Mathematical Description of Torsional and Bending Motions. Appendix 2: Structural and Dynamical Properties of DNA. References. Index.