Till skillnad från de styva plastmodellerna från kemiklassen, riktiga kedjor av molekyler kan böjas och sträckas, som pärlor på ett elastiskt snöre. Vissa polymerer, som DNA, är särskilt stretchiga, en egenskap som kan komplicera försök att modellera deras beteende.

Sedan Paul Florys framstående verk, forskare har utvecklat en mängd olika formler för att beräkna avståndet mellan ändarna på en krökt polymer. Dock, dessa formler har vanligtvis misslyckats med att beakta molekylens töjbarhet. I en ny studie, publiceras denna vecka i Journal of Chemical Physics , forskare har tagit fram en formel för att bestämma avståndet från ände till ände för en semiflexibel polymer, inklusive DNA eller RNA, samtidigt som man tar hänsyn till hur mycket polymeren sträcker sig.

Tidigare uppskattningar av hur polymerer böjs tog inte hänsyn till hur molekylen rör sig i tre dimensioner. "Denna metod för att beräkna konturlängdsfördelningen är mer rigorös, " sa Xi Zhang från Wuhan University och huvudförfattare till tidningen. "Vi kan inte bara beräkna avståndet från början till slut, vi kan också räkna ut formen på polymeren."

Genom att inkludera töjbarheten hos polymeren, den nya formeln kan hjälpa forskare att uppskatta flexibiliteten hos segment av DNA, en egenskap som är känd för att vara väsentlig för dess biologiska funktion. DNA:s flexibilitet påverkar bindningen av regulatoriska proteiner och hur DNA lindas runt histoner, proteiner som fungerar som spolar för att hålla DNA snyggt förpackat inuti en kärna. De specifika sätt som DNA böjer och lindar runt histoner kan påverka genuttrycket genom att exponera vissa gener på utsidan, medan andra förblir undangömt.

Forskarna byggde på grunden för den maskliknande kedjemodellen, som behandlar semiflexibla polymerer som DNA och RNA som länkar i en kedja. Genom att använda omfattande Monte Carlo-simuleringar, de validerade sin formel över ett brett spektrum av värden för stretchighet och flexibilitet. De använde också simuleringar av molekylär dynamik, vilken modellerar hur molekyler rör sig och interagerar i tiden, för att säkerställa att de fick liknande resultat från sin metod för korta DNA- och RNA-polymerer.

Denna typ av formel är mer beräkningseffektiv än att använda datorsimuleringar för att bestämma avståndet från ända till ända för stretchy, böjande polymerer, och, inom sekunder, kan beräkna resultat som kan ta veckor av simuleringar.

Den nya formeln är särskilt användbar för att uppskatta längdfördelningen från ände till ände av små polymerer, påpekar författarna. "Denna sträckning är väldigt viktig i en biopolymer när den är riktigt kort, säg 40 baspar, " sa Zhang. De beräknar att effekten av sträckningen blir försumbar för DNA-molekyler längre än cirka 130 baspar, och för RNA längre än cirka 240 baspar.