DNA凝縮相転移の統計物理学的研究

DNA凝聚相变的统计物理研究

• 批准号: 05J01618
• 负责人: 齋藤 拓也
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J01618/
• 关键词: 生体高分子; DNA; 荷電高分子; 相転移; 対イオン; 共イオン; 凝縮転移; compaction; 一次相転移; 単分子観測

負に強く帯電するDNA高分子は水溶液中においてランダムコイル状態をとる。ここに多価カチオンを添加すると、DNA荷電高分子は凝縮転移を起こす。近年、この転移が一次相転移であることが蛍光顕微鏡を用いた単分子観測により明らかにされている。本研究はDNA凝縮転移における荷電の効果について研究を進めた。まず、多価カチオン存在下における共イオンの効果に関し、実験・理論両方面から研究を行った。同一濃度の一価カチオン濃度において共イオンの価数を上げると、コイル状態がより安定になることを蛍光顕微鏡を用いた単分子観測から見出した。この実験結果を説明するために、ベルムによって導入されたイオン対の概念をもとに解析を進め、従来の2状態近似を拡張したモデルを提案した。ここで、イオン対とは多価カチオンと共イオン(低分子アニオン)がペアを形成しており、これが多くコイル状態における凝縮領域に存在していることを示す。理論的解析により、この転移点の変化はイオン対の静電エネルギーの寄与であるとし、実験結果とよい一致を示した。更に、この概念は共イオン価数依存性が説明できるだけではなく、従来の理論的枠組みでは説明が困難であった温度依存性を説明し得るものである。凝縮状態は高温側で安定になり、コイル状態が低温側で安定になる。つまり、凝縮に伴い、エントロピーゲイン、エンタルピーロスが生じるが、このエンタルピーロスの起源を提案した。また、中性高分子存在下における共イオン価数依存性に関し、実験・理論の両方面から研究を進めた。その実験結果によると、共イオン価数が高いほど、コイル状態が安定になった。そして、Debye近似に基づくイオン雰囲気の静電自由エネルギーの計算とこの転移点の変化は定性的によい一致を示した。

DNA polymers with negative conductivity are in a state of transition in aqueous solution. DNA condensation and migration of charged polymers In recent years, this phase shift has been a phase shift in the use of optical micromirrors. This study advances the study of DNA condensation and migration. In the presence of multi-media, multi-media, multi- The concentration of the same substance is measured by a microscope. As the results of this experiment are explained, the concept of the interface introduced in the module is analyzed and the two-state approximation is proposed. This is the first time that a condensed domain exists in a multi-molecular state. The theoretical analysis shows that the static electricity generated by the static electricity is consistent with the actual results. In addition, the concept of temperature dependence is difficult to explain. Condensed state is stable on the high temperature side, and the condensed state is stable on the low temperature side.つまり、凝缩に伴い、エントロピーゲイン、エンタルピーロスが生じるが、このエンタルピーロスの起源を提案した。In the presence of neutral polymers, the study of the relationship between the number of particles and the number of particles has been carried out. The result of the test is that the number of samples is high, and the number of samples is stable. The calculation of electrostatic free energy and the qualitative transformation of the shift point are shown in the paper.

项目成果

How are small ions involved in the compaction of DNA molecules?

• DOI: 10.1016/j.colsurfb.2006.10.040
• 发表时间: 2007-04-15
• 期刊: COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES
• 影响因子: 5.8
• 作者: Iwaki, Takafumi;Saito, Takuya;Yoshikawa, Kenichi
• 通讯作者: Yoshikawa, Kenichi

Why is the compact state of DNA preferred at higher temperature? Folding transition of a single DNA chain in the presence of a multivalent cation

• DOI: 10.1209/epl/i2004-10541-6
• 发表时间: 2004-11
• 期刊: EPL
• 影响因子: 1.8
• 作者: Takuya Saito;Takafumi Iwaki;K. Yoshikawa

Na+ more strongly inhibits DNA compaction by spermidine (3+) than K+

• DOI: 10.1016/j.cplett.2006.05.120
• 发表时间: 2006-08-04
• 期刊: CHEMICAL PHYSICS LETTERS
• 影响因子: 2.8
• 作者: Hibino, Kumiko;Yoshikawa, Yuko;Yoshikawa, Kenichi
• 通讯作者: Yoshikawa, Kenichi