Share Icon Share Twitter Facebook Reddit LinkedIn Reprints and Permissions Cite Icon Cite Search Site Citation J. Andrew Mccammon, Stephen C. Harvey, Peter G. Wolynes; Dynamics of Proteins and Nucleic Acids. Physics Today 1 September 1988; 41 (9): 105–106. https://doi.org/10.1063/1.2811564 Download citation file: Ris (Zotero) Reference Manager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentPhysics Today Search Advanced Search

Recent advances in operating and manipulating DNA have provided unique experimental possibilities in many fields of DNA research, especially in gene therapy. Researchers have deployed many techniques, experimental and theoretical, to study the DNA structure changes due to external perturbation. It is crucial to understand the structural and dynamical changes in the DNA molecules in a confined state to understand and control the self-assembly of DNA confined in a chamber or nano-channel for various applications. In the current manuscript, we extend the work study the effect of confinement on the thermal stability and the structural properties of duplex DNA. The present work is an extension of our previous research works (Maity et al., 2019; 2020). For our study we have considered a 1 BNA chain that is confined in a cylindrical geometry. How the geometry of the confinement affects the opening and other structural parameters of DNA molecule is the objective of this manuscript. We have used a statistical model(PBD model) and Molecular dynamics simulations for our purpose.

This article describes an unexpected phenomenon encountered during MD simulations: velocity rescaling using standard protocols can systematically change the proportion of total kinetic energy (KE) found in motions associated with the various degrees of freedom. Under these conditions, the simulation violates the principle of equipartition of energy, which requires a mean kinetic energy of RT/2 in each degree of freedom. A particularly pathological form of this problem occurs if one does not periodically remove the net translation of (and rotation about) the center of mass. In this case, almost all of the kinetic energy is converted into these two kinds of motion, producing a system with almost no kinetic energy associated with the internal degrees of freedom. We call this phenomenon “the flying ice cube.” We present a mathematical analysis of a simple diatomic system with two degrees of freedom, to document the origin of the problem. We then present examples from three kinds of MD simulations, one being an in vacuo simulation on a diatomic system, one involving a low resolution model of DNA in vacuo, and the third using a traditional all-atom DNA model with full solvation, periodic boundary conditions, and the particle mesh Ewald method for treating long-range electrostatics. Finally, we discuss methods for avoiding the problem. © 1998 John Wiley & Sons, Inc. J Comput Chem 19: 726–740, 1998

We present a molecular-level model for the origin and evolution of the translation system, using a 3D comparative method. In this model, the ribosome evolved by accretion, recursively adding expansion segments, iteratively growing, subsuming, and freezing the rRNA. Functions of expansion segments in the ancestral ribosome are assigned by correspondence with their functions in the extant ribosome. The model explains the evolution of the large ribosomal subunit, the small ribosomal subunit, tRNA, and mRNA. Prokaryotic ribosomes evolved in six phases, sequentially acquiring capabilities for RNA folding, catalysis, subunit association, correlated evolution, decoding, energy-driven translocation, and surface proteinization. Two additional phases exclusive to eukaryotes led to tentacle-like rRNA expansions. In this model, ribosomal proteinization was a driving force for the broad adoption of proteins in other biological processes. The exit tunnel was clearly a central theme of all phases of ribosomal evolution and was continuously extended and rigidified. In the primitive noncoding ribosome, proto-mRNA and the small ribosomal subunit acted as cofactors, positioning the activated ends of tRNAs within the peptidyl transferase center. This association linked the evolution of the large and small ribosomal subunits, proto-mRNA, and tRNA.

Significance Ribosomes exist in every cell and are responsible for translation from mRNA to protein. The structure of the ribosomal common core is highly conserved in all living species, while the outer regions of the ribosome are variable. Ribosomal RNA of eukaryotes contains expansion segments accreted onto the surface of the core, which is nearly identical in structure to that in prokaryotic ribosomes. Comparing eukaryotic and prokaryotic ribosomes allows us to identify 3D insertion fingerprints of the expansion segments. Similar fingerprints allow us to analyze the common core and detect ancestral expansion segments within it. We construct a molecular model of ribosomal evolution starting from primordial biological systems near the dawn of life, culminating with relatively recent changes specific to metazoans.

Motors that move DNA, or that move along DNA, play essential roles in DNA replication, transcription, recombination, and chromosome segregation. The mechanisms by which these DNA translocases operate remain largely unknown. Some double-stranded DNA (dsDNA) viruses use an ATP-dependent motor to drive DNA into preformed capsids. These include several human pathogens, as well as dsDNA bacteriophages (viruses that infect bacteria). We previously proposed that DNA is not a passive substrate of bacteriophage packaging motors but is, instead, an active component of the machinery. Computational studies on dsDNA in the channel of viral portal proteins reported here reveal DNA conformational changes consistent with that hypothesis. dsDNA becomes longer ("stretched") in regions of high negative electrostatic potential, and shorter ("scrunched") in regions of high positive potential. These results suggest a mechanism that couples the energy released by ATP hydrolysis to DNA translocation: The chemical cycle of ATP binding, hydrolysis and product release drives a cycle of protein conformational changes. This produces changes in the electrostatic potential in the channel through the portal, and these drive cyclic changes in the length of dsDNA. The DNA motions are captured by a coordinated protein-DNA grip-and-release cycle to produce DNA translocation. In short, the ATPase, portal and dsDNA work synergistically to promote genome packaging.