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DNA平衡离子凝聚的动态光散射分析

林瑜 杨光参 王艳伟

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DNA平衡离子凝聚的动态光散射分析

林瑜, 杨光参, 王艳伟

A dynamic light scattering study of counter-ions condensation on DNA

Lin Yu, Yang Guang-Can, Wang Yan-Wei
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  • 利用动态光散射技术系统地研究了不同化合价的平衡离子氯化钠 (Na+)、氯化镁 (Mg2+)、三氯六氨络合钴 ([Co(NH3)6]3+) 和精胺 ([C10N4H30]4+) 与DNA之间的相互作用. 实验结果显示, 当缓冲液中只包含Na+ 或Mg2+, 且浓度c≥ 5 mM时, DNA电泳迁移率之比约为2:1; 当缓冲液单独包含Na+或[Co(NH3)6]3+, 且浓度c≥ 5 mM时, DNA 的电泳迁移率之比约为4.5:1. 而当平衡离子的化合价为4时, 观察到DNA的电泳迁移率由负变正, 意味着发生了电荷反转. 在平衡离子浓度c<5 mM时, 随着离子浓度的增大, 迁移率之比逐渐增大. 对于一价或二价平衡离子情形, 实验结果与Manning的平衡离子凝聚理论的预言相符. 对于三价平衡离子, 实验结果与理论值有明显偏离. 而对于四价离子, 由于发生了DNA电荷逆转, 基于平均场的平衡离子凝聚理论失效. 另外, 通过原子力显微镜观察到当平衡离子的化合价大于等于3 时, DNA分子的构型发生变化. 因此, 自由溶液中的聚电解质的构型和离子关联效应在聚电解质迁移过程中起重要作用.
    The interaction between DNA and counter-ions of different valence, including sodium chloride (Na+), magnesium chloride (Mg2+), hexammine cobalt III ([Co(NH3)6]3+), and spermine ([C10N4H30]4+), is investigated by dynamic light scattering. It is found that the ratio of electrophoretic motilities of DNA in a buffer containing Na+ and Mg2+ is about 2:1, when the concentration of counter-ions c≥ 5 mM. But the ratio of DNA motilities in a buffer containing Na+ and [Co(NH3)6]3+ is about 4.5:1. When c<5 mM, the ratio grows with increasing concentration of counter-ions. DNA charge reversal can be observed in the case of quadrivalent counter-ion. The experimental results are in good agreement with the Manning counter-ions condensation theory for cases of monovalent or bivalent counter-ions. However, when the valency of counter-ions is equal to three, the experimental data deviates from the expectation of the theory significantly. For the quadrivalent counter-ions, the counter-ions condensation theory, which is based on the average field, fails. Furthermore, through the atomic force microscopy, it is found that DNA molecules will condense into compact structures when the valency of counter-ions is equal to or greater than three. Thus, the conformation of polyelectrolyte in free solution and the ion correlation play an important role in the migration process of polyelectrolyte.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10974146, 11274245) 和浙江省自然科学基金 (批准号: Y6090222) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10974146, 11274245), and the Zhejiang Provincial Natural Science Foundation, China (Grant No. Y6090222).
    [1]

    Vuletić T, Babić S D, Grgićin D, Aumiler D, Raedler J, Livolant F, Tomić S 2011 Phys. Rev. E 83 041803

    [2]

    Ouyang Z C 2003 Physics 32 728 (in Chinese) [欧阳钟灿 2003 物理 32 728]

    [3]

    Manning G S 1978 Quart. Rev. Biophys. 11 179

    [4]

    Manning G S, Ray J 1998 J. Biomol. Struct. Dyn. 16 461

    [5]

    Mills P, Anderson C F, Record Jr M T 1985 J. Phys. Chem. 89 3984

    [6]

    Mohanty U, Ninham B W, Oppenheim I 1996 Pro. Natl. Acad. Sci. 93 4342

    [7]

    Raspaud E, Durand D, Livolant F 2005 Biophys. J. 88 392

    [8]

    Hud N V, Vilfan I D 2005 Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 34 295

    [9]

    Thomas T, Thomas T 2001 J. Cell. Mol. Life Sci. 58 244

    [10]

    Hougaard D M 1992 Int. Rev. Cytol. 138 51

    [11]

    Camerini-Otero R D, Hsieh P 1993 Cell 73 217

    [12]

    Sikorav J L, Church G M 1991 J. Mol. Biol. 222 1085

    [13]

    Nguyen T, Grosberg A Y, Shklovskii B 2000 J. Chem. Phys. 113 1110

    [14]

    Ran S Y, Sun B, Li M 2007 Physics 36 228 (in Chinese) [冉诗勇, 孙博, 李明 2007 物理 36 228]

    [15]

    Hou X M, Zhang X H, Wei K J, Ji C, Dou S X, Wang W C, Li M, Wang P Y 2010 Physics 39 108 (in Chinese) [侯锡苗, 张兴华, 魏孔吉, 季超, 窦硕星, 王渭池, 李明, 王鹏业 2010 物理 39 108]

    [16]

    Ji C, Zhang L Y, Dou S X, Wang P Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 098703 (in Chinese) [季超, 张凌云, 窦硕星, 王鹏业 2011 60 098703]

    [17]

    Ma C, Bloomfield V A 2004 Biopolymers 35 211

    [18]

    Besteman K, Van Eijk K, Lemay S 2007 Nat. Phys. 3 641

    [19]

    Luan B, Aksimentiev A 2010 Soft Matter 6 243

    [20]

    Hsiao P Y, Luijten E 2006 Phys. Rev. Lett. 97 148301

    [21]

    Ouameur A A, Tajmir-Riahi H A 2004 J. Biol. Chem. 279 42041

    [22]

    Estévez-Torres A, Baigl D 2011 Soft Matter 7 6746

  • [1]

    Vuletić T, Babić S D, Grgićin D, Aumiler D, Raedler J, Livolant F, Tomić S 2011 Phys. Rev. E 83 041803

    [2]

    Ouyang Z C 2003 Physics 32 728 (in Chinese) [欧阳钟灿 2003 物理 32 728]

    [3]

    Manning G S 1978 Quart. Rev. Biophys. 11 179

    [4]

    Manning G S, Ray J 1998 J. Biomol. Struct. Dyn. 16 461

    [5]

    Mills P, Anderson C F, Record Jr M T 1985 J. Phys. Chem. 89 3984

    [6]

    Mohanty U, Ninham B W, Oppenheim I 1996 Pro. Natl. Acad. Sci. 93 4342

    [7]

    Raspaud E, Durand D, Livolant F 2005 Biophys. J. 88 392

    [8]

    Hud N V, Vilfan I D 2005 Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 34 295

    [9]

    Thomas T, Thomas T 2001 J. Cell. Mol. Life Sci. 58 244

    [10]

    Hougaard D M 1992 Int. Rev. Cytol. 138 51

    [11]

    Camerini-Otero R D, Hsieh P 1993 Cell 73 217

    [12]

    Sikorav J L, Church G M 1991 J. Mol. Biol. 222 1085

    [13]

    Nguyen T, Grosberg A Y, Shklovskii B 2000 J. Chem. Phys. 113 1110

    [14]

    Ran S Y, Sun B, Li M 2007 Physics 36 228 (in Chinese) [冉诗勇, 孙博, 李明 2007 物理 36 228]

    [15]

    Hou X M, Zhang X H, Wei K J, Ji C, Dou S X, Wang W C, Li M, Wang P Y 2010 Physics 39 108 (in Chinese) [侯锡苗, 张兴华, 魏孔吉, 季超, 窦硕星, 王渭池, 李明, 王鹏业 2010 物理 39 108]

    [16]

    Ji C, Zhang L Y, Dou S X, Wang P Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 098703 (in Chinese) [季超, 张凌云, 窦硕星, 王鹏业 2011 60 098703]

    [17]

    Ma C, Bloomfield V A 2004 Biopolymers 35 211

    [18]

    Besteman K, Van Eijk K, Lemay S 2007 Nat. Phys. 3 641

    [19]

    Luan B, Aksimentiev A 2010 Soft Matter 6 243

    [20]

    Hsiao P Y, Luijten E 2006 Phys. Rev. Lett. 97 148301

    [21]

    Ouameur A A, Tajmir-Riahi H A 2004 J. Biol. Chem. 279 42041

    [22]

    Estévez-Torres A, Baigl D 2011 Soft Matter 7 6746

  • [1] 吕玲, 邢木涵, 薛博瑞, 曹艳荣, 胡培培, 郑雪峰, 马晓华, 郝跃. 重离子辐射对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管低频噪声特性的影响.  , 2024, 73(3): 036103. doi: 10.7498/aps.73.20221360
    [2] 熊开欣, 席昆, 鲍磊, 张忠良, 谭志杰. 脱氧核糖核酸柔性的分子动力学模拟:Amber bsc1和bsc0力场的对比研究.  , 2018, 67(10): 108701. doi: 10.7498/aps.67.20180326
    [3] 张颖, 郑宇, 何茂刚. 对利用动态光散射法测量颗粒粒径和液体黏度的改进.  , 2018, 67(16): 167801. doi: 10.7498/aps.67.20180271
    [4] 徐敏, 申晋, 黄钰, 徐亚南, 朱新军, 王雅静, 刘伟, 高明亮. 基于颗粒粒度信息分布特征的动态光散射加权反演.  , 2018, 67(13): 134201. doi: 10.7498/aps.67.20172377
    [5] 张祎男, 王丽华, 柳华杰, 樊春海. 基于DNA自组装的金属纳米结构制备及相关纳米光子学研究.  , 2017, 66(14): 147101. doi: 10.7498/aps.66.147101
    [6] 肖石燕, 梁好均. DNA及基于DNA链替换反应的分子计算.  , 2016, 65(17): 178106. doi: 10.7498/aps.65.178106
    [7] 夏辉, 杨伟国. 浓悬浮液中纳米SiO2团聚体的渗透率.  , 2016, 65(14): 144203. doi: 10.7498/aps.65.144203
    [8] 白敏, 宣荣喜, 宋建军, 张鹤鸣, 胡辉勇, 舒斌. 压应变Ge/(001)Si1-xGex空穴散射与迁移率模型.  , 2015, 64(3): 038501. doi: 10.7498/aps.64.038501
    [9] 杨福军, 班士良. 纤锌矿AlGaN/AlN/GaN异质结构中光学声子散射影响的电子迁移率.  , 2012, 61(8): 087201. doi: 10.7498/aps.61.087201
    [10] 冉诗勇. 谐振势阱中的布朗运动——磁镊实验与模拟.  , 2012, 61(17): 170503. doi: 10.7498/aps.61.170503
    [11] 季超, 张凌云, 窦硕星, 王鹏业. 原子力显微镜观测生物大分子图像的一种处理方法.  , 2011, 60(9): 098703. doi: 10.7498/aps.60.098703
    [12] 李珂, 董瑞新, 班戈, 韩洪文, 苏伟, 闫循领. 镍离子对DNA结构和导电性的影响.  , 2009, 58(9): 6477-6481. doi: 10.7498/aps.58.6477
    [13] 高绪团, 傅 雪, 宋 骏, 刘德胜, 解士杰. 位置涨落对DNA分子电子结构的影响.  , 2006, 55(2): 952-956. doi: 10.7498/aps.55.952
    [14] 黄 磊, 包光伟, 刘延柱. 弹性细杆弯曲的Kirchhoff方程的违约校正求解.  , 2005, 54(6): 2457-2462. doi: 10.7498/aps.54.2457
    [15] 刘玉颖, 窦硕星, 王鹏业, 谢 平, 王渭池. 应用分子梳技术对DNA与组蛋白相互作用的研究.  , 2005, 54(2): 622-627. doi: 10.7498/aps.54.622
    [16] 董瑞新, 闫循领. 盐离子对B-DNA到Z-DNA结构转变影响的理论研究.  , 2004, 53(12): 4414-4419. doi: 10.7498/aps.53.4414
    [17] 宋 骏, 陈 雷, 刘德胜, 解士杰. DNA分子能带结构与电子态研究.  , 2004, 53(8): 2792-2795. doi: 10.7498/aps.53.2792
    [18] 董瑞新, 闫循领, 庞小峰, 刘盛纲. 盐对DNA相变影响的非线性特性研究.  , 2003, 52(12): 3197-3202. doi: 10.7498/aps.52.3197
    [19] 吴世英, 张益, 雷晓玲, 胡钧, 艾小白, 李民乾. 用液流操纵单个DNA分子形成纳米悬链线图形.  , 2002, 51(8): 1887-1891. doi: 10.7498/aps.51.1887
    [20] 尚也淳, 张义门, 张玉明. SiC/SiO2界面粗糙散射对沟道迁移率影响的Monte Carlo研究.  , 2001, 50(7): 1350-1354. doi: 10.7498/aps.50.1350
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-19
  • 修回日期:  2013-02-02
  • 刊出日期:  2013-06-05

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