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擁擠環(huán)境下的 DNA 特異性結(jié)合蛋白的促進(jìn)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)

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特異性結(jié)合促進(jìn)擴(kuò)散擁擠效應(yīng) 理論與模擬

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實(shí)驗(yàn)表明DNA特異性結(jié)合蛋白（如轉(zhuǎn)入因子）與DNA上的特異性結(jié)合靶點(diǎn)的結(jié)合速率比Debye-Smoluchowski理論推導(dǎo)出的在稀溶液中的三維最大擴(kuò)散速率快100-1000倍，這種蛋白質(zhì)快速搜尋DNA的過(guò)程被稱(chēng)為促進(jìn)擴(kuò)散。促進(jìn)擴(kuò)散模型認(rèn)為蛋白質(zhì)的搜尋過(guò)程由若干個(gè)沿DNA輪廓滑行一維擴(kuò)散和在溶液中的三維擴(kuò)散循環(huán)組成。然而促進(jìn)擴(kuò)散機(jī)理并沒(méi)有考慮到細(xì)胞環(huán)境中的擁擠效應(yīng)，尤其擁擠效應(yīng)對(duì)搜尋過(guò)程中一維擴(kuò)散和三維擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)的影響。擁擠粒子不僅降低了蛋白質(zhì)粒子的擴(kuò)散系數(shù)，而且可以使蛋白質(zhì)與DNA的非特異性結(jié)合變得更加緊密，從而影響蛋白質(zhì)粒子一維擴(kuò)散和三維擴(kuò)散之間的相關(guān)性。從二維空間的朗之萬(wàn)動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果中，我們發(fā)現(xiàn)隨著擁擠劑粒子濃度增加，平均搜尋時(shí)間單調(diào)上升，蛋白質(zhì)的平均單次一維滑行時(shí)間也是單調(diào)上升的，然而平均單次二維擴(kuò)散時(shí)間卻幾乎不變，從而導(dǎo)致一維擴(kuò)散總體時(shí)間的配比單調(diào)增加。我們還發(fā)現(xiàn)在二維擴(kuò)散中蛋白質(zhì)跨越的DNA輪廓長(zhǎng)度隨擁擠劑的增加不斷減小。

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2013-11-14 16:40:01

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