Interplay between Secondary and Tertiary Structure Formation in Protein Folding Cooperativity
蛋白质折叠协同性由折叠时所表现出的有限尺寸热力学跃迁的性质定义：两态跃迁显示折叠和未折叠的集合之间的自由能垒，而下坡折叠是无垒的。一个微正则分析，其中的能量是自然变量，已被证明更适合明确的特点相比，其规范对应的过渡的性质。高分辨率粗粒度模型的交换分子动力学模拟允许状态密度的准确评估，以提取精确的热力学信息，并测量其对结构特征的影响。该方法适用于三个螺旋肽：短螺旋显示两个状态的文件夹的尖锐的功能，而较长的螺旋和三螺旋束表现出下坡和两个状态的过渡，分别。扩展晶格模拟和理论模型的结果，我们发现，这是二级结构和非本地三级接触的损失，这决定了过渡的性质之间的相互作用。
2011-07-01 cond-mat.soft q-bio.BM
Cooperativity in the annealing of DNA origamis
基于DNA的纳米结构建立在长的单链DNA支架上，称为DNA折纸，提供了在一锅实验中在纳米尺度上组织各种分子的可能性。支架的折叠是由短的单链DNA序列（订书钉）的存在保证的，这些序列将支架的不同区域保持在一起。在本文中，我们模拟了这些DNA结构的退火熔化特性。该模型捕获了重要的特征，如熔化和退火之间的滞后，以及对支架拓扑结构的依赖性。我们表明，订书钉之间的协同性是至关重要的定量解释的DNA折纸的折叠过程。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.BM
Cooperativity and modularity in protein folding
由Wako和Sait $\hat{\rm o}$提出的一个简单的统计力学模型已经非常好地解释了蛋白质折叠。Mu $\tilde{\rm n}$ oz和Eaton将该模型系统地应用于多种蛋白质，此后称为Wako-Sait $\hat{\rm o}$ $\tilde{\rm n}$ oz-Eaton（WSME）模型。WSME模型在解释许多蛋白质折叠方面的成功验证了折叠由天然相互作用主导的假设，这使得能量景观全局偏向天然构象。使用WSME和其他相关模型，Sait $\hat{\rm o}$强调了层级途径在蛋白质折叠中的重要性;折叠始于具有天然样构型的连续片段的产生，并随着这些片段的生长和合并而进行。用WSME模型计算芽孢杆菌RNA酶的$ϕ$值表明，有助于折叠核的片段与由天然原子接触模式定义的结构模块相似。将WSME模型扩展到具有复杂拓扑结构的多结构域蛋白质的折叠过程，为全面理解多结构域蛋白质的折叠过程开辟了道路。WSME模型也扩展到描述变构转换，表明变构结构运动不会发生作为一个确定性的连续变化之间的两个构象，但作为一个随机的扩散运动的动态变化的能量景观。在现代方法和思想的背景下，WSME模型所强调的关于折叠的统计力学观点已经得到了更新，并将继续为蛋白质的平衡和动力学特征提供见解。
2016-08-30 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Finite size effects on calorimetric cooperativity of two-state proteins
考虑了有限尺寸对两态蛋白质折叠-展开转变的量热协同性的影响，采用了有侧链和无侧链的Go格子模型。我们发现，对于没有侧链的模型，定义为范特霍夫的热量焓的比率的热量协同性kappa 2的无量纲测量不依赖于氨基酸N的数量。kappa 2的平均值约为3/4，低于实验值kappa 2 =1。对于具有侧链的模型，kappa 2接近1，即kappa 2 \sim N^mu，其中指数mu=0.17。在临界链长Nc =135以上，这些模型可以模拟真正的全或非折叠-去折叠转变。
2004-12-05 q-bio.BM q-bio.QM
Inferring protein folding mechanisms from natural sequence diversity
本研究提出仅利用蛋白质序列信息推断球状蛋白质折叠机制的方法，通过将演化能量场映射到粗粒化foldon单元并模拟Ising链，揭示了拓扑结构对折叠协同性的限制，并证明基于序列的演化模型可直接计算突变引起的稳定性和协同性变化。
2025-07-01 q-bio.BM
Network measures for protein folding state discrimination
蛋白质折叠是一种双态或多态的动力学机制，但到目前为止还没有一个第一性原理模型来解释这种不同的行为。我们利用蛋白质结构的网络特性，通过引入新的观测值来解决不同类型的折叠动力学分类的问题。这些观测值显示了一个简单的物理意义，在振动模式，可能的配置与天然蛋白质结构兼容，折叠协同性。这些观测的相关性支持的分类性能高达90%，即使是简单的分类，如disciminant分析。
2015-12-03 q-bio.BM q-bio.MN
Substructural cooperativity and parallel versus sequential events during protein unfolding
根据“旧观点”，蛋白质折叠沿着明确的顺序路径，而“新观点”认为蛋白质折叠作为一个高度平行的随机过程漏斗形的能量景观。我们已经分析了大量的分子动力学解折叠轨迹的蛋白质CI 2在高温下的并行和顺序过程。使用严格的统计措施，我们量化的程度上的顺序两个结构层面。展开过程是高度平行的微观结构水平上的个人接触。在一个粗糙的，宏观结构水平的接触集群，特征并行和顺序事件出现。这些特征事件可以从接触簇之间的环闭合依赖性来理解。的接触的展开时间的相关性分析揭示了高度的子结构内的接触集群的协同性。
2006-01-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Multi-Dimensional Theory of Protein Folding
以蛋白质多个区域的结构序参数为多个坐标，建立了蛋白质折叠自由能面的多维表示理论。折叠的各种情况下进行分类的各个区域内的协同性和多个区域之间的相互作用，从而获得的分类是用来分析几个例子蛋白质的折叠过程。利用基于结构的Hamilton模型，对核糖体蛋白S6、src-SH 3结构域、CheY、barnase和BBL结构域进行了二维解析.扩展到更高的维度表示导致折叠过程的更精细的描述。Barnase，NtrC和锚蛋白重复蛋白的三维表示进行了检查。多维表示使我们能够直接解决折叠途径，中间体和过渡态的问题。
2009-02-13 cond-mat.dis-nn q-bio.BM
On the relation between native geometry and conformational plasticity
在蛋白质折叠中，术语可塑性是指响应于自由能扰动（例如由突变诱导的自由能扰动）而遇到的替代折叠途径的数量。在这里，我们探讨折叠可塑性和一个总的，通用的本地几何特征，即本地和非本地本地接触的相对数量之间的关系。我们基于简单晶格蛋白质的蒙特卡罗模拟的研究结果表明，折叠成富含局部接触的结构比折叠成以具有非常大量的长程接触为特征的天然几何形状（即，间隔超过12个骨架距离单位的氨基酸之间的接触）。较小的折叠可塑性的“非本地”的天然几何形状可能是其较高的折叠协同性，使折叠反应更强大的单点和多点突变的直接后果。
2008-09-06 q-bio.BM
Native geometry and the dynamics of protein folding
在本文中，我们研究的基础上简单的晶格模型和Monte Carlo模拟的自然几何的蛋白质折叠动力学的作用。宫泽-杰尼根的范围内获得的结果表明存在两个动态折叠制度取决于蛋白质链的长度。对于大于80个氨基酸的链，折叠性能对天然状态的构象敏感。较小的链，少于80个氨基酸，通过两态动力学折叠，并表现出显着的接触顺序参数和对数折叠时间之间的相关性。特别是，与N=48氨基酸的链被发现属于两大类的折叠，其特征在于不同的协同性，取决于接触顺序参数。基于Gō模型的初步结果表明，长程接触相互作用强度在折叠动力学中的影响在很大程度上取决于自然态的几何形状。
2004-11-26 q-bio.BM
The finite size effects and the two-state paradigm of protein folding
多肽链的卷曲到球状转变是球状蛋白折叠背后的物理现象。具有单个结构域的球状蛋白通常由约30至100个氨基酸残基组成，并且这种有限的大小延长了螺旋-球状相变的过渡间隔。在对两态模型进行迂腐推导的基础上，我们在两个协同性度量的表达式中引入了多肽链的氨基酸残基数量作为参数，并揭示了它们的物理意义。结果表明，与变性态简并度相关的$k_2$测度描述了参与跃迁的协同单元数，同时发现著名的条件$k_2=1$是将蛋白质分类为双态折叠的必要条件.我们还发现，$Ω_c$是简单的过渡时间间隔的平方成正比。这一事实使我们能够进行经典的尺寸标度分析的线圈球相变。此外，这两个措施被证明是描述不同的特点，蛋白质折叠。
2020-10-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Predicting protein folding dynamics using sequence information
本文提出一种仅基于序列信息推断蛋白质折叠动力学的方法，通过构建进化场并映射到粗粒化折叠模型，计算平衡折叠曲线并预测突变对稳定性和协同性的影响。
2025-05-22 q-bio.BM
Affinity, stoichiometry and cooperativity of heterochromatin protein 1 (HP1) binding to nucleosomal arrays
异染色质蛋白1（Heterochromatin protein 1，HP1）通过组蛋白修饰依赖的染色质相互作用参与异染色质的建立和维持。在最近的论文中，在体外测量了HP1与核小体阵列的结合，并根据最近邻合作结合来解释。这种染色质相互作用模式可能导致HP1沿着核小体链扩散。在这里，我们重新分析了以前的数据，代表核小体链作为一个一维的约束晶格，并显示如何实验HP1结合等温线可以解释一个更简单的模型，相邻的HP1二聚体之间没有合作的相互作用。基于这些计算和dinucleosomes和核小体链的空间模型，我们提出，结合化学计量是依赖于核小体重复长度（NRL），而不是蛋白质之间的相互作用HP 1二聚体。根据我们的计算，与具有短NRL的链相比，具有长DNA接头的更开放的核小体阵列的特征在于更多数量的结合位点。此外，我们通过Monte Carlo模拟证明了核小体链的NRL依赖性折叠可以诱导HP 1结合位点的变构变化。因此，HP1染色质的相互作用可以通过改变结合化学计量和类型的凝聚（甲基化）和非凝聚（非甲基化）的核小体阵列在HP1二聚体之间的直接相互作用的情况下进行调制。
2014-10-02 physics.bio-ph physics.data-an q-bio.BM
From evolution to folding of repeat proteins
重复蛋白质由相似的氨基酸延伸的串联拷贝组成，这些氨基酸延伸折叠成细长的结构。由于它们的对称性，这些蛋白质构成了研究进化如何与结构，折叠和功能相关的优秀模型系统。在这里，我们提出了一个计划，在序列水平上的进化信息映射到一个粗粒度的重复蛋白质折叠模型，并使用它来研究数以千计的重复蛋白质的折叠。我们的能量模型相结合的逆Potts模型方案与重复的复制和删除的明确的机械模型，以计算在单个残基水平的系统的进化参数。这是用来通知伊辛样模型，允许生成的折叠曲线，明显的域出现和占领的中间状态，是高度兼容的实验数据在特定的案例研究。我们分析了数千种天然锚定重复序列蛋白的折叠，发现多种折叠机制是可能的。当序列相似性元素足够多且相互作用较强时，可以得到完全合作的全或无跃迁;当序列相似性元素不相似且相互作用较弱时，可以得到非合作的逐元素间歇折叠.在这两者之间，我们的特点成核传播和多域折叠机制。最后，我们表明，重复序列的稳定性和协同性可以从一个简单的能量分数定量预测，铺平了道路，指导蛋白质折叠设计与协同进化模型。
2022-02-24 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Finite size effects on thermal denaturation of globular proteins
有限的尺寸效应的合作热变性的蛋白质被认为是。协同性的无因次度量Ω的尺度为N^zeta，其中N是氨基酸的数量。令人惊讶的是，我们发现zeta是普遍的zeta = 1 + gamma，其中的指数gamma的特点的发散的易感性的自我避免行走。我们的晶格模型模拟和实验数据与理论相一致。我们的发现合理化的边际稳定性的蛋白质和证实了早期的预测，有效的折叠的两个状态的蛋白质需要折叠转变温度接近崩溃温度。
2004-11-28 q-bio.BM q-bio.QM
Theoretical Perspectives on Protein Folding
了解单体蛋白在体外条件下如何折叠对于描述它们在细胞环境中的功能至关重要。在理论和实验方面的重大进展已经导致了一个概念框架来描述球状蛋白质的折叠机制。实验数据和理论方法揭示了蛋白质的多面性。蛋白质表现出仅使用氨基酸残基的数目（N）和聚合物概念就可以确定的普遍特征。蛋白质在变性和折叠状态下的大小、折叠转变的协同性、残基水平上的解链温度的分散性以及折叠的时间尺度在很大程度上由N决定。有限N的后果，特别是对如何个别残基顺序折叠取决于折叠状态的拓扑结构。这种复杂的细节可以使用分子转移模型来预测，该模型将模拟与蛋白质构件从水到所需浓度的变性剂的测量转移自由能相结合。通过观察一个分子折叠的时间，使用单分子的方法，理论上预期的异质性的折叠路线的有效性，和N-依赖的时间尺度的三个阶段的方法，以天然状态已经建立。尽管理论的成功，其中只有几个例子记录在这里，我们得出结论，还有很多工作要做，以解决“蛋白质折叠问题”在最广泛的意义。
2010-07-18 cond-mat.soft q-bio.BM
Effects of confinement and crowding on folding of model proteins
我们进行分子动力学模拟的一个简单的粗粒度模型的crambin内的半径为R的软排斥球。限制使在最佳温度下的折叠变慢，并影响折叠方案，但这两种效果都不是戏剧性的。通过将几个相同的蛋白质放置在球体内，使它们变性，然后通过监测重折叠来研究拥挤对折叠的影响。如果蛋白质之间的相互作用由排除体积效应主导，则净折叠时间基本上类似于单个蛋白质。当吸引力的强度超过单个蛋白质接触强度的一半时，引入蛋白质间吸引接触会阻碍折叠。吸引力的强度越大，聚集和错误折叠的可能性越大。
2008-11-27 q-bio.BM
Numerical Simulation of Folding and Unfolding of Proteins
本论文详细研究了包括hbSBD、DDLNF 4、单泛素和多泛素在内的多种蛋白质的折叠和去折叠过程。利用简化的粗粒度非格点Go模型和CD实验，我们证明了hbSBD蛋白的两态行为。结果表明，单个泛素的重折叠途径取决于锚定到表面的末端。也就是说，N-末端的固定改变了重折叠途径，但锚定C-末端使它们保持不变。有趣的是，末端固定对多结构域泛素没有影响。利用Go模型和含水的全原子模型，我们详细研究了DDFLN 4分子的机械去折叠机制。我们预测，相反的AFM实验，一个额外的展开峰将发生在端到端的$ΔR \approx 1.5 $ nm的力延伸曲线。我们的研究揭示了非本地相互作用的重要作用，这是负责位于$ΔR \approx 22 $ nm的峰。这个峰值不能被忽略非原生交互的Go模型所遇到。我们的发现可能会激发对该蛋白的进一步实验和理论研究。用晶格模型和离格模型研究了变性转变的协同性。我们的研究表明，随着氨基酸数量的增加，过渡的尖锐性增强。相应的标度行为是由一个普遍的临界指数。提出了一种新的力副本交换（RE）方法，用于对机械外力作用下的生物分子进行有效的构型取样。与标准温度RE相反，交换在不同的力（副本）之间进行。我们的方法被成功地应用于三结构域泛素的热力学研究。
2013-08-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Balance of enthalpy and entropy in depletion forces
添加到溶液中的溶质通常会显著影响从胶体的悬浮或沉淀到生物分子缔合和蛋白质折叠的分子过程。在这里，我们重新审视了有效的吸引力的相互作用，出现在大分子之间和浸泡在溶液中的大分子内的起源，其中含有的溶质，优先排除从大分子界面。直到最近，这些消耗力被认为是熵的性质，主要是由于增加共溶质可用空间的趋势。然而，最近的实验证据表明存在额外的，能量主导的机制。在这次审查中，我们遵循这些不同的机制的新特点。通过编译一组可用的热力学数据的过程范围从蛋白质折叠蛋白质-蛋白质相互作用，我们表明，排除的共溶质可以通过两个不同的机制，在很大程度上与他们的分子特性。对于许多聚合物在低到中等浓度的空间相互作用和分子拥挤效应占主导地位，和机制是熵。相反，对于许多小的被排除的溶质，如天然存在的渗透剂，该机制是由有利的焓，而熵的贡献通常是不利的。我们回顾了这些热力学机制的可用模型，并评论需要新的模型，将能够解释所观察到的耗尽力的全部范围。
2013-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Loop-closure events during protein folding: Rationalizing the shape of Phi-value distributions
在过去的几年中，许多小的单结构域蛋白质的折叠动力学特征的突变Phi值分析。在这篇文章中，一个简单的，基本上是无参数的模型介绍了来自本地结构的折叠路线，通过最小化的熵环闭合成本在折叠过程中。该模型预测的结构元素，如螺旋和β-链配对的特征折叠序列。基于几个简单的规则，这些结构元素的动力学影响估计的路线，并比较平均实验的pH值的螺旋和链的15个小的，良好的特征蛋白质。该比较导致所有具有极化的Phi值分布的蛋白质的平均相关系数为0.62，如果排除具有负平均Phi值的分布，则为0.74。其余蛋白质的弥散Phi值分布正确再现。该模型表明，Phi值分布，平均在二级结构元素，往往可以追溯到熵环闭合事件，但也表明在一些蛋白质的情况下，由平行折叠过程的能量偏好。
2005-02-15 cond-mat.soft q-bio.BM
Dynamics of polymer chain collapse into compact states
采用分子动力学模拟方法研究了高分子链折叠成堆积立方态的过程。的聚合物模型，在连续移动的链接网站的链的基础上，包括排除体积和扭转相互作用。不同的原生状态的包装安排和链的长度进行了探讨;组织的原生状态被发现影响链的能力，折叠成功和折叠路径的性质，系统逐渐冷却。基于接触计数的序参量用于提供关于折叠过程的信息，其中接触根据诸如核心和表面位点或局部和远距离位点对的标准另外分类。充分详细的接触地图和它们的演变也检查。
2003-07-14 cond-mat.soft q-bio.BM
Geometrical model for the native-state folds of proteins
我们最近引入了一种物理模型[Hoang等人，P. Natl. Acad. Sci. USA（2004），Banavar等人，Phys. Rev. E（2004）]，其以近似的方式结合了几个关键特征，例如链分子的固有各向异性、氢键和空间位阻所施加的几何和能量约束以及疏水性所起的作用。在这个框架内，轻微紧凑的构象类似的天然状态折叠蛋白质出现广泛的竞争最小值的自由能景观，即使是一个均聚物。在这里，我们展示了如何引入序列异质性，使用一个简单的计划，只有两种类型的氨基酸，疏水性（H）和极性（P），和序列设计允许选定的假定的天然折叠，成为在低温下的自由能最小值。如果忽略两个不同的低能构象共享相同的折叠拓扑结构之间的简并性，折叠过渡表现出热力学协同性。
2005-05-17 q-bio.BM
