和來自化學(xué)課上僵硬的塑料模型不同，真正的分子鏈能彎曲和伸展。一些像 DNA 一樣的聚合物尤其具有伸展性。這種特征使建立其行為模型的努力變得更加復(fù)雜。

自從保羅·弗洛里做出了開創(chuàng)性工作，研究人員提出各種計算彎曲的聚合物兩端之間距離的公式。不過，這些公式通常沒有考慮分子的伸展性。在日前發(fā)表于美國物理聯(lián)合會所屬《化學(xué)物理學(xué)雜志》的研究中，科學(xué)家推導(dǎo)出一個判斷半柔性聚合物（包括 DNA 或者 RNA）兩個末端之間距離的公式，同時將聚合物的拉伸程度考慮進(jìn)來。

此前對聚合物如何彎曲的估測并未解釋分子如何在三維下移動。研究人員表示，計算伸直長度分布的方法更加嚴(yán)謹(jǐn)。其不僅能計算兩端之間的距離，還能弄清楚聚合物的形狀。

通過將聚合物的伸展性考慮進(jìn)來，公式可幫助研究人員估測 DNA的片段的靈活性。研究發(fā)現(xiàn)，DNA 的這種屬性對于其生物功能至關(guān)重要。DNA 的靈活性影響調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合以及 DNA 如何環(huán)繞像線軸一樣使其被整齊地“打包”在細(xì)胞核內(nèi)的組蛋白。DNA 彎曲和環(huán)繞組蛋白的特定方式會通過將特定基因暴露在外面同時將其他基因隱藏起來，影響基因表達(dá)。

研究人員以像蠕蟲一樣的鏈模型為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出新的公式。該模型將諸如 DNA、RNA 等半柔性聚合物作為鏈條上的一個環(huán)節(jié)。利用大量的蒙特卡羅模擬，他們在很大范圍內(nèi)驗證了公式的有效性。研究人員還利用對分子如何運動和相互作用進(jìn)行實時建模的分子動力學(xué)模擬，確保從他們的方法中獲得關(guān)于短鏈 DNA 和 RNA 聚合物的類似結(jié)果。