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作为生命信息的载体和最核心的生物大分子,几十年来DNA分子从理论,实验和模拟角度均获得了广泛的关注和研究。本文利用计算机模拟方法研究了与DNA的热力学转变相关的几个基础问题。首先我们利用文献报道的三珠子DNA粗粒化模型研究了受限条件下DNA的熔解复性热力学行为。在此基础上,我们开发了粗粒化程度更高的单珠子DNA模型,研究了toehold交换过程、碱基单点变异对链替换的影响以及支化DNA凝胶网络结构的形成路径等问题。主要研究内容包括:1、我们使用de Pablo组开发的3SPN粗粒化DNA模型研究了管状和球形受限条件对短链DNA熔解复性热力学行为的影响。我们的研究结果表明,随着受限尺寸的减小,管状和球形受限条件下DNA的熔点均上升。并且熔点的相对变化量与受限尺寸之间存在一定的标度关系。管状受限的标度指数为1.323,球形受限的标度指数为1.754;2、为了提高模拟效率,我们开发了单珠子粗粒化DNA模型和金纳米粒子模型。针对催组装实验体系,我们研究了金纳米粒子以及toehold长度对toehold交换过程的影响。我们的模拟结果定量地解释了实验上发现的结果——在金纳米粒子表面,toehold长度为6和7时toehold交换反应不能发生,toehold长度增加到8后反应可以顺利进行;3、在正常催化剂链参与的toehold交换链替换反应基础上,我们还研究了碱基变异对toehold交换过程的影响。我们的结果表明,不同的变异位点对链替换反应的势能面具有非常大的影响。当催化剂链的序列中发生碱基变异后,DNA催组装反应不能发生。我们的模拟结果与实验结果一致;4、在普通双链DNA热力学转变的基础上,我们还研究了Y型和X型支化DNA分子的形成路径,以及带粘性末端的支化DNA组装形成凝胶网络的过程。我们的研究结果表明,支化DNA的各条臂是逐条形成的,它们完成的顺序与各条臂的序列相关。支化DNA在形成凝胶网络的过程中首先经历成核生长阶段,随后伴随着网络生长和网络归并过程。