1. 研究目的与意义（文献综述）

自20世纪中期warson和crick 提出了dna分子的双螺旋三维结构以来，关于dna的基础理论研究不断取得突破^[1]。但这些研究绝大部分集中在以基因工程为代表的生物化学技术，而对dna分子的力学性质的探索有些忽视。

了解dna的柔性性质是理解细胞复制和转录等过程所必需的^[2]。蛋白质-dna相互作用对生命至关重要，并控制着基本的基因组过程，如复制、转录、翻译、剪接和dna修复。早期的单分子实验对单个dna分子的力学行为有了新的认识.。有实验结果表明，dna的动力学特征影响和约束dna与dna内切酶的作用^[3]。因此，研究拉伸dna分子在的结构变化将有助于理解蛋白质识别dna和蛋白质与dna之间相互作用的机理^[4]。

虽然分子内部的结构属于量子力学的范畴，但其几何运动和宏观研究可借助以经典力学为基础的分子动力学方法。自hagerman(1988)^[5]、smith(1992)^[6]等人测出dna的杨氏模量、泊松比等物理常数后，许多dna模型被提出。国外最早的模型是描述高分子弹性的高斯链模型，当不考虑单体的内部结构时，该模型可以较好的描述柔性聚合物的弱延伸弹性^[7]，进一步发展的是自由连接链模型、蠕虫链模型、珠簧链模型、弹性杆模型等。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

1 基于弹性螺旋链模型力学响应的有限元分析，对dna分子进行数值模拟方法分析，得到较大尺度上dna分子的应力云图和位移图，对dna分子的柔性性质进行一个粗略的分析，与接下来分子动力学方法得到的结果作一个比较。

3. 研究计划与安排

1. 阅读dna分子动力学相关文献，查阅相关的文献不少于15篇，其中外文文献不少于10篇，翻译一篇相关的英文资料，原文应不少于20,000英文印刷符；（1-2周）

2.学习使用abaqus软件，并利用其对dna建模进行有限元分析，研究dna相关的物理特性。（3-5周）

2. 学习相关分子动力学的理论，学习使用lammps软件；（6-9周） 3. 使用lammps建立dna受拉的分子动力学模型，进而研究dna分子的柔性；（10-13周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1] price a c, pilkiewicz kr, tgw g, et al. dna motion capture reveals the mechanical properties of dna atthe mesoscale[j]. biophysical journal, 2015, 108(10):2532.

[2] skoruppa e, laleman m,nomidis s k, et al. dna elasticity from coarse-grained simulations: the effectof groove asymmetry.[j]. journal of chemical physics, 2017, 146(21):304-312.

[3] kimy j, kim d n. structural basis for elastic mechanical properties of the dnadouble helix[j]. plos one, 2016, 11(4):e0153228.