単一荷電高分子鎖の折り畳み転移の統計熱力学

单电荷聚合物链折叠转变的统计热力学

基本信息

批准号：
03F03200
负责人：
吉川研一
金额：
$ 0.77万
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：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

凝縮剤の存在下、単分子の長鎖DNAはコイル状態と凝縮状態の間を一次相転移することが知られている。その理論的背景を考察し、統計熱力学的な議論を行うため、実験・理論の両面から研究を進め、次のような成果が得られた。・水溶液の比誘電率を80から170程度まで変化させ、DNAの一分子での凝縮過程を観察した。誘電率は、グリセリンなど、DNAと直接相互作用しない物質を水に溶解させて調整した。DNAの凝縮転移は、凝縮剤として4価のカチオンのスペルミンを用い、蛍光顕微鏡および透過型電子顕微鏡により観察した。その結果、一定の誘電率では、凝縮剤であるスペルミンの加える量を増やしていくにつれ、DNAは凝縮した。一方、スペルミン濃度を一定にした場合、比誘電率を上げていくと、DNAの凝縮は解けた。比誘電率とスペルミン濃度を変化させて観察することにより、DNAの凝縮転移が起こるスペルミン濃度は、比誘電率の指数関数になっていることが明らかになった。この結果から考察すると、凝縮転移の際、DNAの電荷の87〜88%が中和されていることになる。また、電子顕微鏡によって、比誘電率が大きくなると、DNAが凝縮した際のトロイド構造において、周辺部でDNA鎖が一部ほどけている状態も観察された。・DNAと正荷電を持つコアヒストン8量体との複合体は、クロマチンの基礎単位になっており、遺伝子発現を考える際にも重要である。そこで、DNAとさまざまなサイズの正荷電を持つナノパーティクルとの相互作用について実験的に研究した。蛍光顕微鏡ならびに透過型電子顕微鏡による観察によって、実際のクロマチン構造とよく似たrings-on-a-string構造が観察された。これは、クロマチンがどのように構成されているのかを統計熱力学的に考える上で重要な知見となるであろう。

众所周知，在缩合剂存在的情况下，单分子长链DNA会经历卷曲状态和缩合状态之间的一级相变。为了考察理论背景并进行统计热力学讨论，我们从实验和理论两个角度进行了研究，并获得了以下结果。・水溶液的介电常数从80变化到170，观察到单分子DNA的缩合过程。通过将不直接与 DNA 相互作用的物质（例如甘油）溶解在水中来调节介电常数。使用四价阳离子精胺作为缩合剂，使用荧光显微镜和透射电子显微镜观察DNA的缩合转变。结果，在恒定的介电常数下，DNA随着添加的缩合剂精胺的量而缩合。另一方面，当精胺浓度保持恒定且介电常数增加时，DNA 的凝聚度降低。通过一边改变相对介电常数和精胺浓度一边观察，可知发生DNA凝聚转变时的精胺浓度是相对介电常数的指数函数。考虑到这些结果，可以得出结论，DNA 上 87-88% 的电荷在缩合转变过程中被中和。此外，使用电子显微镜观察到，当相对介电常数增加时，当DNA凝聚时，一些DNA链在环形结构的外围解开。 -DNA 和带正电荷的核心组蛋白八聚体的复合物是染色质的基本单位，在考虑基因表达时也很重要。因此，我们通过实验研究了DNA与各种尺寸的带正电纳米颗粒之间的相互作用。使用荧光显微镜和透射电子显微镜的观察揭示了一种与实际染色质结构非常相似的环串结构。从统计热力学角度考虑染色质的结构时，这将是一个重要的发现。