Diffusion of circular DNA in solution by Brownian Dynamics(Knots and soft-matter physics: Topology of polymers and related topics in physics, mathematics and biology)

Abstract

我々は環状鎖と線形鎖の拡散定数の比(C因子)を、Brownian dynamicsにより排除体積効果および流体力学的相互作用を考慮して計算した。その目的は環状鎖のモデルの妥当性を、実験と比較することにより検討することである。FENEバネでつながれたバネビーズ模型では、C因子は1.1であった。これは合成環状高分子の実験結果と一致する。その一方この結果は、環状DNAによる実験結果C～1.3と合わない。しかし強い角度ポテンシャルを与えた場合、C因子はおよそ1.3になることが分かった。この強い角度ポテンシャルは、kinkと呼ばれるDNA分子内部の鋭く曲がった構造を表しているのかもしれない。

We have evaluated the ratio of diffusion constant of a ring to that of a linear polymer in solution by the Brownian dynamics with both hydrodynamic and excluded-volume effects. The ratio is called the C-factor. It is given by about 1.1 when we use the bead-spring model where beads are connected by the finite extensible non-linear elongational (FENE) potential. The value 1.1 is consistent with the experiments of synthesized ring polymers. However, it is different from the C-factor ～1.3 for the experiments of circular DNA. However, we found that the C-factor becomes about 1.3 when we employ the strong angle potential. It agrees well with the experimental results of circular DNA. We also suggest the strong angle potential should describe the effect of a kink, which is a sharp-bending part in a DNA.