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擁擠環境下的 DNA 特異性結合蛋白的促進擴散動力學

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特異性結合促進擴散擁擠效應理論與模擬

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實驗表明DNA特異性結合蛋白（如轉入因子）與DNA上的特異性結合靶點的結合速率比Debye-Smoluchowski理論推導出的在稀溶液中的三維最大擴散速率快100-1000倍，這種蛋白質快速搜尋DNA的過程被稱為促進擴散。促進擴散模型認為蛋白質的搜尋過程由若干個沿DNA輪廓滑行一維擴散和在溶液中的三維擴散循環組成。然而促進擴散機理并沒有考慮到細胞環境中的擁擠效應，尤其擁擠效應對搜尋過程中一維擴散和三維擴散的動力學細節的影響。擁擠粒子不僅降低了蛋白質粒子的擴散系數，而且可以使蛋白質與DNA的非特異性結合變得更加緊密，從而影響蛋白質粒子一維擴散和三維擴散之間的相關性。從二維空間的朗之萬動力學模擬結果中，我們發現隨著擁擠劑粒子濃度增加，平均搜尋時間單調上升，蛋白質的平均單次一維滑行時間也是單調上升的，然而平均單次二維擴散時間卻幾乎不變，從而導致一維擴散總體時間的配比單調增加。我們還發現在二維擴散中蛋白質跨越的DNA輪廓長度隨擁擠劑的增加不斷減小。

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liu

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2013-11-14 16:40:01

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