环统计对RNA折叠热力学的影响

RNA折叠的统计力学：格点方法

Statistical mechanics of RNA folding: a lattice approach

我们提出了一个格子模型的RNA的基础上的自我相互作用的两个宽容的线索。自我回避和三级结构的元素被考虑在内。我们研究了一个简单的版本的模型，其中RNA的天然状态仅由一个发夹。使用精确的参数和蒙特卡罗模拟，我们确定这种情况下的相图。我们表明，变性转变是一阶的，可以直接发生或通过中间熔融相。

预测RNA折叠热力学的粗粒度模型

A Coarse-Grained Model for Predicting RNA Folding Thermodynamics

我们提出了一个稳健的粗粒度模型来模拟RNA在单价盐溶液中的折叠。该模型包括堆叠，氢键和静电相互作用的基本组件在描述RNA结构的稳定性。堆叠相互作用的参数化使用一组核苷酸特异性参数，这是校准对单碱基堆叠和碱基对堆叠的热力学测量。假设所有氢键都具有相同的强度，无论它们在RNA结构中的背景如何。离子缓冲器是隐含地建模，使用的概念和Debye-Hückel凝聚理论。模型中的三个可调参数通过拟合两个RNA发夹和一个假结的实验数据来确定。一组参数提供了很好的协议与热力学数据的三个RNA分子在很宽的温度和盐浓度范围内。在校准模型的过程中，我们建立了单链RNA骨架上的互补缩合程度。减少的主链电荷与离子强度无关，并且在37摄氏度下为RNA裸电荷的60%。我们的模型可以用来预测任何RNA分子在单价离子存在下的折叠热力学。

从头算RNA折叠

Ab initio RNA folding

RNA分子是必需的细胞机器，执行各种各样的功能，需要特定的三维结构。在过去的几年里，通过X射线晶体学和NMR实验确定RNA结构似乎已经达到了每年解析结构数量的平台，但随着越来越多的RNA序列被发现，需要结构预测工具来补充实验数据。RNA折叠的理论方法自上世纪90年代后期出现第一个二级结构预测算法以来就已经发展起来。在过去的10年中，已经开发了许多用于3D结构的预测方法，首先基于生物信息学和数据挖掘，最近基于系统的粗粒度物理表示。在这篇综述中，我们将介绍RNA结构预测的挑战以及生物信息学方法和基于物理学的方法背后的主要思想。我们将集中在最近的物理为基础的现象学模型的描述，以及它们是如何建立，包括RNA碱基，其作用是至关重要的折叠的相互作用的特异性。通过来自不同模型的例子，我们将指出基于物理的方法的优势，这些方法不仅能够预测平衡结构，还能够研究动力学和化学行为，以及包括更多关键相互作用的开放挑战。

干扰对RNA折叠的影响：速度限制和Kramers周转

Frictional Effects on RNA Folding: Speed Limit and Kramers Turnover

我们研究了摩擦对人端粒酶发夹（hTR HP）和甜菜西部黄色病毒（BWYV PK）的H型假结的折叠速率的影响，使用模拟的三个相互作用位点（TIS）模型的RNA。从TIS模型模拟，使用温度副本交换模拟计算的热容量，再现几乎定量的可用实验数据的hTR HP。BWYV PK的相应结果用作预测。我们计算了折叠率（$k_\mathrm{F}$）从100多个折叠轨迹的每个值的溶剂粘度（$η$），固定盐浓度为200 mM。通过使用理论估计（$\propto$ $\sqrt{N}$，其中$N$是核苷酸的数目）用于折叠自由能垒，两种RNA的$k_\mathrm{F}$数据使用一维Kramers理论定量拟合，其中两个参数指定未折叠盆地和屏障顶部中的曲率。在高摩擦机制（$η\gtrsim10^{-5}\,\textrm{Pa\ensuremath{\cdot}s}$）中，对于HP和PK，$k_\mathrm{F}$随$1/η$降低，而在低摩擦机制中，$k_\mathrm{F}$值随$η$增加而增加，导致在中等粘度（$\sim10^{-6}\,\textrm{Pa\ensuremath{\cdot}s}$）下的最大折叠速率，这是Kramers周转。拟合结果表明，水粘度下RNA折叠的速度极限在1 ~ 4 $\mathrm{μs}$之间，这与我们以前的理论预测以及几个单分子实验的结果一致.两种RNA构建体通过平…

RNA折叠、拉伸和熔融（包括环和盐）的理论

Theory for RNA folding, stretching, and melting including loops and salt

核酸二级结构的形成强烈地依赖于盐浓度和温度。我们开发了一个理论，RNA折叠，正确地占序列的影响，熵的贡献与环的形成，和盐的影响。使用迭代表达式的配分函数，忽略伪结，我们计算折叠自由能和最小自由能配置的基础上实验得出的碱基配对自由能。环形成的构型熵由渐近表达式-c ln m建模，其中m是环的长度，c是环指数，其是可调节的常数。盐的影响进入两种方式：第一，我们得到盐诱导的修改的自由能参数描述碱基配对，第二，我们包括静电自由能环的形成。这两种效应都是在Debye-Hueckel水平上模拟的，包括对流冷凝。我们验证了我们的理论为两个不同的RNA序列：对于tRNA-phe，在不同的盐浓度下的热变性的热容量曲线准确地再现实验结果。对于P5 ab RNA发夹，我们推导出的全球相图在三维空间跨越的温度，拉伸力，和盐浓度，并获得良好的协议与实验确定的临界展开力。我们表明，一个适当的描述RNA的熔化和拉伸，盐和环熵效应是必要的。

Unraveling RNA by Mechanical Unzipping

We review the basic concepts and tools for mechanically unzipping RNA hairpins using force spectroscopy. By pulling apart the ends of an RNA molecule using optical tweezers, it is possible to measure the folding free energy at varying experimental conditions. Energy measurements permit us to characterize the thermodynamics of RNA hybridization (base pairing and stacking), the dynamics of the formation of native and kinetic (intermediates and misfolded) molecular states, and interactions with metallic ions. This paper introduces basic concepts and reviews recent developments related to RNA forc…

根据折叠景观的精确测量估算RNA发夹结构的力相关跳跃率

Force Dependent Hopping Rates of RNA Hairpins can be Estimated from Accurate Measurement of the Folding Landscapes

核酸发夹的序列依赖性折叠景观反映了生物分子折叠的复杂性。折叠轨迹，使用单分子力钳实验所产生的附加半柔性聚合物的发夹的末端已被用来推断其折叠景观。使用模拟和理论，我们研究的效果的动态连接的处理上的发夹-免费的RNA自由能曲线$F^o_{eq}(z_m)$，其中$z_m$是发夹的分子延伸。精确测量$F^o_{eq}(z_m)$需要具有小$L/l_p$的刚性聚合物，其中$L$是手柄的轮廓长度，$l_p$是持久长度。奇怪的是，跳频速率的可靠估计只能使用灵活的手柄。尽管如此，我们表明，平衡自由能分布$F^o_{eq}(z_m)$在外部张力$f_m$，力（$f$），在折叠和未折叠的状态是同样填充，结合Kramers的理论，可以提供准确的估计力依赖的跳跃率在没有处理在任意值的$f$。我们的理论框架表明，$z_m$是一个很好的反应坐标核酸发夹在张力下。

RNA折叠和纳米孔移位的耦合动力学

Coupled dynamics of RNA folding and nanopore translocation

结构化的RNA或DNA分子通过狭窄的孔的移位需要打开所有的碱基对。在这里，我们研究的动力学易位和碱基配对理论之间的相互作用，使用动力学蒙特卡罗模拟和分析方法。我们发现，在基态不发生的碱基对的瞬时形成可以显着加快易位。

Emergence of effective temperatures in an out-of-equilibrium model of biopolymer folding

We investigate the possibility of extending the notion of temperature in a stochastic model for the RNA/protein folding driven out of equilibrium. We simulate the dynamics of a small RNA hairpin subject to an external pulling force, which is time-dependent. First, we consider a fluctuation-dissipation relation (FDR) whereby we verify that various effective temperatures can be obtained for different observables, only when the slowest intrinsic relaxation timescale of the system regulates the dynamics of the system. Then, we introduce a different nonequilibrium temperature, which is defined from…

补偿突变导致RNA二级结构折叠中拮抗上位性过度

Compensatory mutations cause excess of antagonistic epistasis in RNA secondary structure folding

背景资料：生物体基因组积累随机突变时，适应性下降的速度是几种进化理论中的一个重要变量。在直觉层面上，随机突变应该倾向于协同地相互作用，这样平均适应度下降的速度随着随机突变数量的增加而加速，这似乎是自然的。然而，在最近的一些研究中，已经观察到拮抗上位性的流行（多个突变具有减轻而不是加强作用的趋势）。结果如下：我们通过测量中性突变体的比例作为突变距离d的函数，在计算机上研究了RNA二级结构折叠中上位相互作用的净数量和形式。我们发现了一个明确的普遍存在的拮抗上位性RNA二级结构折叠。通过将距离d处的中性突变体的分数与距离d处的平均中性相关联，我们表明，这种患病率来自于在较大的突变距离处存在许多补偿突变。结论：我们的研究结果意味着，在简单的健身景观的上位性的平均方向是直接相关的密度与健身峰分布在这些景观。

RNA分子伴侣作用的广义迭代退火模型

Generalized Iterative Annealing Model for the action of RNA chaperones

由于RNA分子的崎岖景观，它们的折叠由动力学分配机制描述，根据该机制，只有一小部分（$ϕ_F$）达到折叠状态，而剩余部分的分子被动力学地捕获在错误折叠的中间体中。从错误折叠状态到天然状态的转变可能远远超过生物学相关时间。因此，RNA在体内的折叠通常是由蛋白质辅因子，称为RNA分子伴侣，可以拯救RNA从大量的错误折叠的结构。我们考虑两个模型，基于化学动力学和化学主方程，描述辅助折叠。在被动模型中，适用于I类底物，错误折叠的结构与RNA分子伴侣单独的瞬时相互作用足以使错误折叠的结构不稳定，从而熵降低折叠的障碍。为了使这种机制有效，折叠的RNA和蛋白质辅因子之间的中间核糖核蛋白（RNP）复合物应该具有最佳稳定性。我们还引入了一个活性模型（适用于具有小$ϕ_F$的严格底物），该模型解释了最近关于CYT-19对I组内含子核酶作用的实验结果，表明RNA伴侣不会区分错误折叠状态和天然状态。在主动模型中，RNA分子伴侣系统利用ATP水解的化学能反复结合和释放错误折叠和折叠的RNA，导致天然状态的产量大幅增加。这里概述的理论表明，与实验一致，在稳定状态下，本征态不会以单位概率形成。

单价离子通过RNA假结的多折叠途径调节通量

Monovalent ions modulate the flux through multiple folding pathways of an RNA pseudoknot

RNA假结（PKs）是核糖核酸（ribozyme）和核糖核蛋白（ribonucleoprotein）复合物的最小三级结构基序，其功能由其结构、稳定性和动力学决定。因此，重要的是要阐明其热力学/折叠机制的一般原则。在这里，我们结合实验和模拟来研究VPK假结的折叠/展开途径，VPK假结是参与核糖体移码的小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）PK的变体。荧光核苷酸类似物（2-氨基嘌呤和pyrrolocytidine）放置在不同的茎/环的PK位置，激光温度跳跃的方法作为本地探针，使我们能够监测组装的顺序VPK与两个螺旋具有不同的内在稳定性。实验和分子模拟表明，在50 mM KCl的优势折叠途径人口只有更稳定的部分折叠的发夹。随着盐浓度的增加，平行折叠途径出现，涉及不太稳定的发夹结构作为替代中间体。值得注意的是，通道之间的通量由离子强度调制。这些发现支持了PK结构形成的顺序由发夹的相对稳定性决定的原理，发夹的相对稳定性可以通过序列变异或盐浓度来改变。我们的研究不仅明确地表明，PK折叠的平行途径，但也建立了定量描述的RNA自组装需要一个协同的实验和模拟相结合。

益生元蛋白质功能的热力学模型

A Thermodynamic Model for Prebiotic Protein Function

我们提出了一个方案的RNA和快速折叠的蛋白质与大熵差距，如今天观察到的益生元共同进化。我们从非常普遍的原则表明，RNA合成的蛋白质的折叠和展开可以起到热泵的作用。岩石表面可以促进具有极性和疏水性残基的氨基酸链的折叠，同时伴随着周围岩石的热量损失。然后这些链条在展开时从汤中吸收热量。这为提高RNA复制率开辟了道路，通过在降低的温度下大量存在的折叠蛋白质的酶促作用。这为那些编码具有非简并折叠状态的氨基酸序列的RNA提供了进化优势，这将提供最有效的制冷。

机械探测单个RNA分子的折叠途径

Mechanically probing the folding pathway of single RNA molecules

我们从理论上研究了单个RNA分子的机械拉伸变性，重点是分子波动中的（非）折叠途径的签名。我们的模型描述了核苷酸之间的相互作用，将实验确定的RNA二级结构的自由能规则，而外部的单链区域被建模为自由连接的链。对于示例性RNA序列（发夹和嗜热四膜虫I组内含子），我们计算了当分子通过在相对端上拉动而展开时端到端距离的准平衡波动。与平均准平衡力延伸曲线不同，这些波动揭示了单个结构元素展开的清晰特征。我们发现，这些签名的分辨率取决于测力装置的弹性常数，最佳值介于非常刚性和非常软之间。我们将我们的结果与Liphardt等人[Science 292，733-737（2001）]最近的实验进行了比较和关联。

ANNaMo：用于RNA和DNA系统折叠与组装的粗粒化建模

ANNaMo: Coarse-grained modelling for folding and assembly of RNA and DNA systems

本文提出一种基于补丁粒子和最近邻参数化的粗粒化模型ANNaMo，用于高效模拟RNA/DNA折叠与组装，并通过发夹、假结及toehold置换等实验验证其有效性。

通过蒙特卡罗模拟预测RNA伪结

Prediction of RNA pseudoknots by Monte Carlo simulations

在本文中，我们考虑的问题，RNA折叠与伪结。我们使用一个图形表示，其中的二级结构描述的平面图。伪节点被识别为非平面图。我们分析了RNA结构的非平面拓扑结构，并提出了一个分类的RNA伪结根据最小亏格的表面上的RNA结构可以嵌入。这种分类提供了一种简单而自然的方法来解决存在伪结的RNA折叠预测问题。基于这种方法，我们描述了一个Monte Carlo算法在RNA分子中的伪结的预测。

大分子拥挤对RNA折叠态的熵稳定作用

Entropic stabilization of the folded states of RNA due to macromolecular crowding

我们回顾了大分子拥挤对RNA折叠的影响，考虑最简单的情况下，排除拥挤颗粒和RNA之间的相互作用占主导地位。以人类端粒酶为例，我们讨论了拥挤如何改变同一RNA分子的假结和发夹状态之间的平衡-这是拥挤-RNA相互作用的一个关键方面。我们总结的数据表明，拥挤效应是显着的，只有当球形拥挤颗粒的大小小于在拥挤颗粒的情况下的RNA的回转半径。野生型和突变体的人端粒酶的功能的含义概述通过使用酶活性和其构象平衡之间的关系。此外，我们讨论了大分子拥挤和离子强度的RNA缓冲液之间的相互作用。最后，我们简要回顾了最近的实验，说明排除体积之间的连接，由于大分子拥挤和RNA折叠的热力学。

离子介导的RNA结构坍塌：空间约束效应

Ion-mediated RNA structural collapse: effect of spatial confinement

RNA是存在于大分子拥挤的细胞环境中的带负电荷的分子。大分子限制效应可以影响RNA折叠中的离子效应。在这项工作中，使用最近开发的离子涨落和相关的紧束缚离子模型，我们研究了一个简单的模型系统的离子介导的RNA结构崩溃的限制效应。我们发现，对于Na $^+$和Mg $^{2+}$，在介导结构崩溃/折叠的离子效率显着增强的结构限制。这种离子效率的提高归因于由于空间限制而导致的紧凑构象系综和（受限的）扩展构象系综之间的静电自由能差减小。

Cooperativity-Dependent Folding of Single-Stranded DNA

The folding of biological macromolecules is a fundamental process of which we lack a full comprehension. Mostly studied in proteins and RNA, single-stranded DNA (ssDNA) also folds, at physiological salt conditions, by forming non-specific secondary structures that are difficult to characterize with biophysical techniques. Here we present a helix-coil model for secondary structure formation, where ssDNA bases are organized in two different types of domains (compact and free). The model contains two parameters: the energy gain per base in a compact domain, $ε$, and the cooperativity related to t…

蛋白质和RNA的最小模型：从折叠到功能

Minimal models for proteins and RNA: From folding to function

我们展示了粗粒度（CG）模型在研究蛋白质和RNA的折叠和功能方面的实用性的全景图。主要利用我们小组在过去20年中开发的方法，我们描述了一些关键应用，从二硫键蛋白质的折叠到分子机器的功能。提出的理论基础，证明使用CG模型，我们探讨了生物物理基础的出现有限数量的褶皱从晶格模型。折叠状态的晶格模型模拟方法表明，非本地的相互作用是相关的，只有在早期的折叠过程中-一个发现，合理化的成功，强调本地的相互作用的基于结构的模型。应用非晶格$C_α$和模型，明确考虑侧链（$C_α$-SCM）的折叠$β$-发夹和大分子拥挤的影响进行了简要讨论。通过描述绿色荧光蛋白（GFP）对机械力的响应，成功地应用了一类新的非晶格模型，称为自组织聚合物（SOP）。SOP模型的实用性进一步说明了澄清伴侣GroEL和运动的分子马达驱动蛋白的功能的应用程序。我们还提出了两种不同的RNA模型，即三位点相互作用（TIS）模型和SOP模型，探针迫使简单的发夹和{\it Azoarcus}核酶的解折叠和猝灭重折叠。SOP模型的基础上的预测表明，力诱导的核酶的解折叠途径可以显着改变通过改变加载速率。最后，我们讨论了未来的前景，使用粗粒度模型在解决生物学中的突出兴趣的问题。

蛋白质与RNA分子伴侣的迭代退火机制

Iterative Annealing Mechanism for Protein and RNA Chaperones

本文提出迭代退火机制（IAM）统一解释蛋白质与RNA分子伴侣的作用，说明二者通过反复退火最大化稳态折叠产量，并预测体内RNA分子伴侣活性需适中。

微弱的时间信号可以同步和加速生物聚合物在张力下的转变动力学

Weak temporal signals can synchronize and accelerate the transition dynamics of biopolymers under tension

除了热噪声，这是必不可少的，以促进生物聚合物的构象转变，细胞环境充满了一系列的非热波动，产生了过多的活动过程。为了理解非热噪声对生物过程的影响，我们研究了小的振荡力如何影响RNA发夹的热诱导折叠和去折叠转变，RNA发夹对恒定张力的响应在理论和实验上都得到了广泛的研究。引人注目的是，我们在过阻尼条件下进行的分子模拟表明，即使在高（低）张力下，使发夹（非）折叠不可能，在一定频率下的弱外部振荡力可以同步增强RNA发夹的跃迁动力学，并增加平均跃迁速率。此外，RNA动力学仍然可以区分具有共振频率的信号，即使当该信号与具有非共振频率的其他信号混合时。事实上，我们在RNA发夹动力学中的热诱导共振的计算演示是称为随机共振（SR）和共振激活（RA）的现象的直接实现。我们的研究，服从于实验测试，使用光镊，是具有重要意义的生物聚合物在体内的折叠，受到广谱的细胞噪声。

接触统计突出了蛋白质和RNA的不同组织原则

Contact statistics highlight distinct organizing principles of proteins and RNA

虽然RNA和蛋白质都具有密集的天然结构，但这两种生物聚合物的链组织是根本不同的。最近发现染色质折叠，间期染色体的领土组织的签名指向亚稳定性的动机，我们分析了蛋白质数据库中存放的生物分子结构，发现链内接触概率，$P(s)$作为弧长$s$的函数，在$s$，$10\lesssim s\lesssim 110$的中间范围内的幂律$\sim s^{-γ}$衰减。我们发现，接触概率标度指数为$γ\approx 1.11$的大RNA（$N>110$），$γ\approx 1.41$的小尺寸RNA（$N<110$），和$γ\approx 1.65$的蛋白质。考虑到高斯统计预期在聚合物熔体中完全平衡的链，在天然状态下大RNA的子链的$γ$值与$γ=1.5$的偏差表明RNA的链构型没有完全平衡。视觉上清楚的是，大尺寸RNA（$N\gtrsim 110$）的折叠结构采用褶皱结构，被划分成由沿着链的近端序列组装的模块化多结构域，而折叠蛋白质的多肽链看起来更好地与结构的其余部分混合。我们对大RNA的$γ\approx 1$的发现可能是折叠过程中二级到三级元件的等级排序的必然结果。

单分子过程的统一热力学和动力学描述：张力下的RNA解折叠

Unifying thermodynamic and kinetic descriptions of single-molecule processes: RNA unfolding under tension

我们使用介观非平衡态热力学理论来描述RNA在张力下的展开。该理论引入了反应坐标，表征了分子中每个键的连续状态。考虑的展开是如此之慢，以至于人们可以假设反应坐标空间中的局部平衡。在高序贯势垒的准平稳极限下，我们的理论给出了最近提出的序贯阶跃模型的主方程。非线性开关动力学之间的开放和关闭状态。我们的理论统一了热力学和动力学的描述，并提供了一个系统的程序来表征展开过程的动力学

拉伸生物高分子在强制淬火下的重折叠动力学

Refolding dynamics of stretched biopolymers upon force quench

单分子力谱方法可用于从折叠景观的任意区域生成生物聚合物的折叠轨迹。我们说明了折叠动力学的复杂性和通用方面的崩溃的RNA和蛋白质的力量淬火后，使用模拟的RNA发夹和理论的基础上的de Gennes模型的均聚物崩溃。折叠时间$τ_F$不对称地取决于$δf_S = f_S - f_m$和$δf_Q = f_m - f_Q$，其中$f_S$（$f_Q$）是拉伸（淬灭）力，$f_m$是RNA发夹的过渡中间力。根据实验，分子延伸的弛豫动力学，$R(t)$，发生在三个阶段：在延伸的快速初始减少之后是一个平台，最后在$R(t)$的突然减少，发生作为接近天然状态。平台期的持续时间随着$λ=τ_Q/τ_F$降低而增加（其中$τ_Q$是力从$f_S$降低到$f_Q$的时间）。力淬火弛豫机制的变化，因为$λ$是改变反映在实验上可测量的时间相关的熵，这是直接计算的折叠轨迹。张力下的de Gennes模型的解析解再现了$R(t)$中的多级动力学。预测的崩溃的初始阶段也应该是聚合物的一个通用功能验证通过模拟的动力学的半柔性（柔性）均聚物在不良溶剂中淬火后，从一个完全拉伸状态的力的环形（小球）形成。我们的研究结果为蛋白质折叠的多个不同的实验观察提供了统一的解释。

RNA-RNA相互作用的组合数学

Combinatorics of RNA-RNA interaction

RNA-RNA结合是在许多类别的非编码RNA中观察到的重要现象，并且在许多调控过程中起着至关重要的作用。最近，已经提出了几种用于预测两个相互作用的RNA分子的联合结构的MFE折叠算法。在这里，接合结构意味着在图示中，每个配偶体的分子内键是无假结的，分子间结合对是非交叉的，并且没有所谓的"之字形“构型。本文介绍了RNA相互作用结构的组合学，包括它们的母函数，奇异性分析以及显式递推关系。特别是，我们的结果意味着简单的渐近公式的联合结构的数量。

蛋白质折叠的热力学：一个随机矩阵公式

Thermodynamics of protein folding: a random matrix formulation

蛋白质折叠从未折叠状态到生物活性折叠构象的过程受许多参数控制，例如氨基酸序列、分子间相互作用、溶剂、温度和伴侣分子。我们的研究，基于随机矩阵模型的相互作用，然而，统计措施，如吉布斯自由能，热容，熵的演变是单参数的。这些信息可以解释从无数种可能的方式中选择特定的折叠途径，以及在计算机模拟研究中观察到的其他折叠特征。

RNA结构的矩阵计数

Enumeration of RNA structures by Matrix Models

我们根据它们的属，即它们的伪结的拓扑特征，列举了RNA接触结构的数量。通过使用最近提出的矩阵模型制定的RNA折叠问题，我们得到了精确的结果，为简单的情况下，一个RNA分子具有无限灵活的骨干，其中任何任意一对碱基是允许的。我们分析的分布属的假结作为一个函数的核苷酸总数沿磷酸-糖骨架。

RNA二级结构的冷变性及其环熵和淬火无序

Cold denaturation of RNA secondary structures with loop entropy and quenched disorder

利用约束退火方法研究了具有猝灭序列随机性的RNA二级结构的折叠。热力学相变诱导包括环结构的构象重量。除了预期的高温熔融外，还出现了冷熔融转变。我们的研究结果表明，实验发现的RNA冷变性，实际上是一个连续的相变猝灭的顺序无序触发。我们计算了热熔融和冷熔融的临界温度之间的有利和不利的碱基对的竞争能量的情况下，并提出了一个相图作为循环指数和温度的函数。

用机械力探测复杂RNA结构

Probing complex RNA structures by mechanical force

RNA二级结构的日益复杂的探测结合单分子拉伸实验和随机展开/重折叠模拟。我们发现，力诱导的展开途径通常不能解释仅仅调用连续开口的原生螺旋。事实上，复杂RNA分子的典型力延伸反应主要是由拉伸诱导的，长寿命的中间体，包括非天然螺旋形成的。这首先显示了一组在较大的RNA结构中发现的通用结构基序，然后显示了大肠杆菌的1540个碱基长的16 S核糖体RNA，其在机械拉伸下表现出令人惊讶的良好结构和可重复的解折叠途径。使用平衡随机模拟，我们证明，这些实验结果反映了缓慢松弛的RNA结构重排。因此，单个RNA分子的显微操作探测它们的天然结构和长寿命的中间体，即所谓的“动力学陷阱”，从而在单分子水平上捕获RNA折叠/解折叠动力学的标志。

解开的生命链：在RNA结构中，结是非常罕见的

The unknotted strands of life: knots are very rare in RNA structures

目前正在进行的检测和表征生物聚合物中的物理缠结的努力已经确定，结存在于许多球状蛋白质中，也大量存在于包装在噬菌体内的病毒DNA中。另一方面，RNA分子还没有被系统地筛选出物理结的出现。因此，我们对蛋白质数据库中存在的约6，000种RNA结构进行了系统分析。搜索发现不超过三个深打结的RNA分子。这些是通过冷冻-em溶解的核糖体RNA，由大约3，000个核苷酸组成。因此，与蛋白质和病毒DNA的情况相比，观察到的RNA结的发生率实际上可以忽略不计。这表明，无论是进化选择，或热力学和动力学折叠机制的作用，以尽量减少RNA的纠缠的程度是无与伦比的其他类型的生物分子。观察到的三种RNA打结模式的性质为设计能够在扭结折叠中自打结的RNA序列提供了有价值的线索。

具有两态折叠特性的Go蛋白类杂聚物模型的热力学和动力学

Thermodynamics and Kinetics of a Go Proteinlike Heteropolymer Model with Two-State Folding Characteristics

我们提出了粗粒度的疏水极性GO类杂聚物模型的Monte Carlo计算机模拟的结果，并讨论了一个示例的杂聚物的热力学性质和动力学，表现出两个状态的折叠行为。事实证明，在这个简化的模型中也可以观察到具有单个自由能垒的现实蛋白质的一般特征折叠特征，其中折叠转变主要由疏水力驱动。

RNA的核苷酸级粗粒度模型

A nucleotide-level coarse-grained model of RNA

我们提出了一个新的，核苷酸水平的RNA模型，oxRNA，基于最近开发的DNA的oxDNA模型的粗粒化方法。该模型旨在再现RNA的结构，机械和热力学性质，粗粒化水平旨在保留RNA杂交的相关物理和单链和双链RNA的结构。为了探索其优点和缺点，我们在一系列纳米技术和生物环境中测试该模型。探索的应用包括假结的折叠热力学，接吻环复合物的形成，六边形RNA纳米环的结构，以及发夹基序的解压缩。我们认为，该模型可用于有效的模拟系统的结构与数千个碱基对，并组装系统的数百个碱基对。实现该模型的源代码已发布供公众使用。

预测RNA发夹结构在一价和二价离子溶液中的三维结构、柔性和稳定性

Predicting 3D structure, flexibility and stability of RNA hairpins in monovalent and divalent ion solutions

要全面了解RNA介导的生物学，需要了解RNA的三维（3D）结构、结构灵活性和稳定性。为了预测RNA的3D结构和稳定性，我们以前提出了一个三珠粗粒度预测模型与隐式盐/溶剂势。在这项研究中，我们将进一步发展的模型，通过改善隐式盐静电势，并涉及序列依赖的同轴堆积势，使该模型能够模拟RNA的三维结构折叠在二价/单价离子的解决方案。与实验数据相比，该模型能够在相应的实验离子条件下，从序列预测具有凸起/内环（<77 nt）的RNA发夹的三维结构，预测精度得到了全面的提高，并且该模型还能够可靠地预测具有不同长度凸起环的RNA发夹在广泛的二价/一价离子条件下的柔性.此外，该模型成功地预测了在二价/单价离子溶液中具有各种环/茎的RNA发夹的稳定性。

病毒 RNA 作为一种支化聚合物

Viral RNA as a branched polymer

本章探讨如何通过平面图将病毒长 RNA 分子视为支化聚合物，揭示其特征性紧凑度，并展示如何结合聚合物物理学已知结果与额外相互作用来扩展该模型。

蛋白质折叠的多重自重叠包绕：基态搜索和热力学

Multi-Self-Overlap Ensemble for protein folding: ground state search and thermodynamics

用作者新近发展的多重自重叠包络（MSOE）蒙特卡罗方法研究了HP晶格蛋白质模型的长链。MSOE成功地找到了最低的能量状态之前报道的链长$N=42\sim 100$的序列在二维和三维。此外，MSOE实现了在N=100的情况下发现的最低能量状态。这些序列的熔点温度特性也进行了研究MSOE。两个连续的过渡之间观察到的本地和随机线圈状态。热力学分析表明，基态简并度与HP模型中跃迁的顺序有关。

三种β折叠肽的折叠热力学模型研究

Folding thermodynamics of three beta-sheet peptides: A model study

我们使用简化的基于序列的全原子模型研究了一个β-发夹和两个三链β-折叠肽的折叠热力学，其中折叠主要由骨架氢键和有效的疏水吸引力驱动。这三个序列获得的本地人口与实验数据吻合良好。我们还表明，明显的本地人口取决于可观察的研究，疏水性能量和本地氢键的数量给出不同的结果。这种依赖性的大小与在两个不同的β-发夹实验中获得的结果很好地匹配。

Crambin折叠热力学和动力学的全原子蒙特卡罗模拟

The Folding Thermodynamics and Kinetics of Crambin Using an All-Atom Monte Carlo Simulation

我们提出了一种新的蒙特卡罗模拟的蛋白质折叠，其中所有的重原子表示为相互作用的硬球。该模型包括与折叠相关的所有自由度-所有侧链和主链扭转-并使用Go势。在这项研究中，我们专注于46个残基的α-β蛋白crambin和它的两个结构组成部分，螺旋和螺旋发夹。对于广泛的温度范围内，我们已经记录了这三种结构的多个折叠事件，从随机卷曲到与其晶体结构坐标相差小于1 A dRMS的原生构象。从我们的模拟中得到的螺旋-线团转变的热力学和动力学机制与目前可用的实验和分子动力学数据显示出极好的一致性。基于对其较小结构部件的折叠，提出了一种可能的折叠机制。我们观察到，折叠发生通过一个合作的，一阶的过程，并存在许多折叠途径的原生状态。一个特定的事件序列构成了一个“快速折叠”途径，在该途径中避免了动力学陷阱。在非常低的温度下，观察到由侧链的不正确包装引起的动力学陷阱。这些结果表明，折叠到本机状态，可以观察到在一个合理的时间量在台式计算机上，即使使用全原子表示，提供的能量足够稳定的本机状态。

基于粗粒模型的蛋白质折叠热力学

Thermodynamics of Protein Folding from Coarse-Grained Models' Perspectives

蛋白质的折叠和聚集、蛋白质与膜之间的相互作用以及有机软物质在无机固体基质上的吸附属于理解复杂大分子结构和功能的最有趣的挑战。这是由相关问题的跨学科性质所推断的，这些问题的范围从生物功能丧失的分子起源（例如，在阿尔茨海默病中）到用于生物传感应用的有机电路的发展。在这堂课中，我们将着重于分析蛋白质折叠、聚集以及软质和固体凝聚物的混合系统的介观模型。粗粒度模型的简单性使得对蛋白质折叠这一众所周知的难题的描述更加通用。在这种方法中，相对于构象假相的结构形成过程的分类是可能的。这在聚集和吸附过程中类似，其中个体折叠倾向受外力影响。构象转变研究中的主要问题是，组成蛋白质的氨基酸序列必然是有限长度的，因此不存在热力学极限。因此，在严格的热力学意义上，结构转变不是相变，并且伪单稳态方面的分析是复杂的，因为显然小系统效应伴随着所有构象转变并且不能被忽略。

蛋白质热力学和动力学协同性的一致性模型：过渡态图对折叠和展开的适用性如何？

Towards A Consistent Modeling Of Protein Thermodynamic And Kinetic Cooperativity: How Applicable Is The Transition State Picture To Folding and Unfolding?

小球蛋白的折叠/展开动力学的一般特征在多大程度上是由它们的热力学性质决定的？为了解决这个问题，我们研究了一个新的简化的蛋白质链模型，体现了当地的构象偏好和疏水埋葬之间的相互作用。目前的四螺旋束55聚体模型表现出类似蛋白质的量热两态协同性。它合理化自然状态氢交换观测。我们的分析表明，一个连贯的，自洽的物理帐户的热力学和动力学性质的模型自然会导致一个原生状态合奏，包括相当大的构象波动的概念。这样的多构象天然状态被认为涉及构象状态类似于天然状态氢交换所揭示的那些。这些构象状态中的许多被预测为低于通常用于解释量热数据的天然基线。折叠和展开动力学研究的范围内链相互作用的强度，如在实验的人字形图。动力学确定的过渡中点与热力学对应物匹配良好。动力学弛豫被发现基本上是单指数模型的相互作用强度的扩展范围。这包括整个展开政权和折叠政权的重要组成部分，...

蛋白质折叠的热力学控制和动力学机制

Thermodynamic control and dynamical regimes in protein folding

一个简单的蛋白质折叠晶格模型的蒙特卡罗模拟显示两个不同的制度，取决于链的长度。第一种机制很好地描述了小蛋白质序列的折叠，其动力学对应物在性质上似乎是单指数的，而第二种机制是典型的长于80个氨基酸的序列，并且可实现的折叠性能对靶构象敏感。在何种程度上的稳定性，作为衡量的目标中的序列的能量，是一个必不可少的要求，并影响蛋白质分子的折叠动力学在第一制度进行了研究。其设计阶段被限制在随机选择的氨基酸的某一部分的序列的折叠动力学表明，虽然某种程度的稳定性是成功折叠的必要和充分条件，但设计在目标中提供最低能量的序列似乎是多余的约束。通过研究退火下，但在其他自由设计的序列的动力学，我们探索稳定性和动力学可及性之间的关系。我们发现，具有低能量和快速折叠到目标之间没有一一对应关系，因为只有一小部分最稳定的序列也被发现相对快速地折叠。