金属离子与DNA的相互作用是生物化学研究中的重要组成部分,在金属离子传感器和DNA纳米机器等相关领域有着广泛的应用。例如,T-Hg²⁺-T结构已经用于诸如基于DNA的汞离子传感器等技术中。虽然这种相互作用被广泛地用于各种技术领域,但其反应的基本机制尚未完全阐释。在本研究中,我们利用磁镊在单分子水平上研究了λ-DNA与Hg²⁺和Cd²⁺两种金属离子之间的相互作用。这两种金属离子都能引起DNA的构象产生相当大变化。由此分析了由离子引起的DNA凝聚与离子浓度和作用力的关系。离子浓度的增大会促进DNA的凝聚,而施加更大的力则抑制了这一过程。在较大的力的作用下,Hg²⁺-DNA的相互作用呈现了两阶段动力学。然而,在足够高的Hg²⁺浓度下,相对较小的力会导致DNA构象变化呈三阶段凝聚过程。与此相比,镉离子与DNA的结合动力学曲线呈阶梯状。AFM扫描结果和单分子测量结果均表明,Hg²⁺对DNA构象的影响比Cd²⁺的影响更为显著。我们推测多阶段Hg²⁺–DNA相互作用是包括错配的碱基对形成等不同的结合机制导致的结果。我们提出了一个模型来解释Hg²⁺与DNA相互作用的多阶段动力学。