Low-frequency vibrational modes in G-quadruplexes reveal the mechanical properties of nucleic acids.
Low-frequency vibrational modes in G-quadruplexes reveal the mechanical properties of nucleic acids.
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DOI：
10.1039/d0cp05404f
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发表时间：
2021-06-21
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Wynne K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
González-Jiménez M ;Ramakrishnan G ;Tukachev NV ;Senn HM ;Wynne K
低频振动在涉及DNA的生物分子过程中起着至关重要的作用，如基因表达、电荷转移、药物嵌入和DNA-蛋白质识别。然而，由于缺乏实验证据，理解这些机制的振动基础依赖于理论模型。在这里，我们提出了G-四链体（由四股DNA形成的结构）和B-DNA的低频振动光谱，其特征在于使用飞秒光学克尔效应光谱。与预期相反，我们发现，G-四链体显示出几个强烈欠阻尼离域声子样模式，有可能有助于在原子水平上的DNA的生物学。此外，G-四链体在比B-DNA更高的频率下呈现模式，这表明分子刚度的变化改变了其千兆赫到太赫兹的振动分布。低频振动在涉及DNA的生物分子过程中起着至关重要的作用，如基因表达、电荷转移、药物嵌入和DNA-蛋白质识别。
Low-frequency vibrations play an essential role in biomolecular processes involving DNA such as gene expression, charge transfer, drug intercalation, and DNA–protein recognition. However, understanding the vibrational basis of these mechanisms relies on theoretical models due to the lack of experimental evidence. Here we present the low-frequency vibrational spectra of G-quadruplexes (structures formed by four strands of DNA) and B-DNA characterized using femtosecond optical Kerr-effect spectroscopy. Contrary to expectation, we found that G-quadruplexes show several strongly underdamped delocalized phonon-like modes that have the potential to contribute to the biology of the DNA at the atomic level. In addition, G-quadruplexes present modes at a higher frequency than B-DNA demonstrating that changes in the stiffness of the molecule alter its gigahertz to terahertz vibrational profile. Low-frequency vibrations play an essential role in biomolecular processes involving DNA such as gene expression, charge transfer, drug intercalation, and DNA–protein recognition.
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