مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه رفتار نانومکانیکی مولکول DNA تحت تأثیر نیروهای کششی

نویسندگان
گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
این پژوهش قصد دارد اطلاعات جدیدی درباره رفتار مکانیکی مولکول دو رشته‌ای دی‌اِن‌اِی ارائه دهد. به این منظور، مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی توسعه‌یافته با جزئیات اتمی بر روی دی‌ان‌ای دوازده- پاره‌ای انجام می‌شود. محاسبات دینامیک مولکولی با استفاده از روش حلال بُرن تعمیم یافته- مساحت سطح قابل دسترس و دینامیک لانگوینی صورت می‌گیرد. منحنی‌های تنش- کرنش دی‌ان‌ای که تحت زاویه‌ها و سرعت‌های مختلف کشش به دست می‌آید مورد تحلیل قرار گرفته و نقش سرعت کشش و زاویه کشش در تعیین خواص بیومکانیکی دی‌ان‌ای دو رشته‌ای طول کوتاه بررسی می‌شود. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد چقدر رفتار مولکول دی-ان‌ای تحت تأثیر نیروهای کششی می‌تواند پیچیده باشد. از طریق تحلیل در سطح جفت بازهای تغییر شکل مولکول، طی فرآیندهای کشش، پایداری سازه‌ای مولکول دی‌ان-ای-ای که در معرض کشش زاویه‌دار با سرعت‌های کشش مختلف قرار می‌گیرد و نیز مسیرهای متفاوت برای جدایش دی‌ان‌ای دو رشته‌ای مطالعه می‌گردد. پایداری سازه‌ای دی‌ان‌ای دو رشته‌ای می‌تواند وابسته به سرعت و زاویه کشش باشد. در حالی که پایداری سازه‌ای با کاهش سرعت کشش می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش یابد، کشش دی‌ان‌ای تحت زوایای مختلف اثرات متفاوت و غیرقابل پیش‌بینی بر پایداری ساختار آن خواهد داشت.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

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

نویسندگان English

Masoud Tahani
Ali Mohammad Naserian Nik
Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

This research aims to provide new information about the mechanical behavior of double-stranded DNA (dsDNA). For this purpose, a series of extended atomic resolution molecular dynamics (MD) simulations of DNA dodecamer is performed. The MD calculations are carried out using Generalized Born solvent-accessible surface area method 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 DNA under 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.

کلیدواژه‌ها English

molecular dynamics
Double-stranded DNA
mechanical behavior
Stretching