Description of non-specific DNA-protein interaction and facilitated diffusion with a dynamical model
我们提出了一个动力学模型的非特异性DNA-蛋白质相互作用，这是基于“珠弹簧”模型以前开发的其他小组，并研究其性质使用布朗动力学模拟。我们表明，该模型成功地再现了一些观察到的真实系统的性质和动力学模型的预测。例如，蛋白质对DNA序列的采样通过溶剂中的连续3d运动、沿着序列的1d滑动、相邻位点之间的短跳和片段间转移进行。此外，促进扩散发生在一定范围内的值的蛋白质的有效电荷，也就是说，一维滑动和三维运动的组合导致更快的DNA采样比纯三维运动。最后，在滑动事件期间访问的碱基对的数量与从单分子实验推导出的值相当。本文还指出并讨论了该模型的预测与最近的一些实验结果以及动力学模型的一些假设和预测之间的一些差异。
2008-11-19 physics.bio-ph
Role of electrostatic interactions in the assembly of empty spherical viral capsids
我们研究了静电相互作用在空的球形病毒衣壳组装中的作用。使病毒衣壳相互作用的蛋白质亚基上的电荷，预计会产生静电排斥作用，阻止衣壳的组装。因此，非静电来源的有吸引力的蛋白质-蛋白质相互作用必须起作用以使衣壳形成。我们研究蛋白质亚基之间的排斥静电和吸引相互作用的相互作用是否可以导致形成一个优选的半径的球形病毒衣壳。对于这种情况，我们发现吸引相互作用必须取决于相邻蛋白质亚基之间的角度（即病毒衣壳的平均曲率），因此特定的角度是能量上优选的。我们关于静电对病毒衣壳能量学的贡献的结果与最近对乙型肝炎病毒中蛋白质-蛋白质接触的能量学的实验测定很好地相关[P. Ceres和A. Zlotnick，生物化学{ \bf 41}，11525（2002）。
2007-09-04 physics.bio-ph
Protein Dynamical Transition in Terahertz Dielectric Response
在太赫兹介电响应中首次观察到200 K蛋白质动力学跃迁。在0.2 - 2.0 THz和80-294 K范围内确定复介电常数$ε$ = $ε$“+ i $ε$“。$ε$“在200 K以下具有线性温度依赖性，然后急剧增加。$ε$“中的低温线性相关性表明温度为80 K < T < 180 K时存在非谐性，这对低于200 K的假设谐性提出了挑战。温度依赖性与β弛豫响应是一致的，并表明参与动力学转变的蛋白质运动扩展到亚皮秒时间尺度。
2007-05-14 physics.bio-ph physics.chem-ph
The protein dynamical transition is a pseudogap changeover
蛋白质中生物化学活动的出现似乎始于原子沿蛋白质晶格的均方位移的开始。随后的蛋白质动力学转变已在文献中广泛讨论，并且经常具有相互矛盾的结论。在这里，我们澄清的现象，通过建立一个深的动力学转变和赝隙态之间的联系，高温超导性即将结束。为此，我们首先展示了如何赋予蛋白质类似于超导体中的准粒子波函数的序参量。然后，我们提出了普遍性的论点，声称蛋白质动力学过渡发生在串联的pseudogap嬗变。我们确认，现有的实验数据完全支持我们的建议。
2011-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Comparison of kinetic and dynamical models of DNA-protein interaction and facilitated diffusion
长期以来，人们一直认为，蛋白质如转录因子可以在DNA序列中以超过三维扩散极限几个数量级的速率定位它们的靶，这要归功于易化扩散，即一维（沿着DNA滑动）和三维扩散的组合。多年来，这一说法得到了几种质量作用动力学模型的支持，而我们最近提出的动力学模型（J.Chem.Phys.130，015103（2009））表明，由于易化扩散而导致的靶向加速不可能很大。为了解决这一明显的矛盾，我们进行了额外的模拟，以比较我们的模型获得的结果与Klenin等人的动力学模型获得的结果（Phys. Rev. Letters 96，018104（2006））。在本文中，我们表明，这两个模型实际上相互支持，并同意在预测一个低效率的促进扩散。将这些结果外推到真实系统中甚至表明，与三维扩散相比，易化扩散必然会减慢靶向过程。
2010-04-16 physics.bio-ph
Vibrational density of states capture the role of dynamic allostery in protein evolution
先前对祖先蛋白质柔性的研究表明，蛋白质通过改变其天然状态系综来进化其功能。在这里，我们提出了一种更直接的方法，通过测量蛋白质的振动态密度（VDOS）的变化，因为它们的演变可视化。通过对祖先和现存蛋白质的VDOS谱的分析，我们观察到$β$ -内酰胺酶和硫氧还蛋白通过改变它们在太赫兹区域的态密度而进化。特别是，在祖先和现存的蛋白质之间的VDOS配置文件的转变表明，自然利用动态变构功能的进化。此外，我们还表明，单个位置的VDOS轮廓可以用来描述灵活性的变化，特别是那些没有任何氨基酸取代。
2021-09-14 physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamical hysteresis in multisite protein modification
多位点蛋白质修饰是细胞控制蛋白质功能的普遍机制。我们最近提出了一个多位点蛋白质修饰的动力学描述，它体现了该过程的所有基本特征（E。Milotti，A.德尔法布罗角Dalla Pellegrina和R. Chignola，Physica A，in press），我们已经使用这个模型来分析这个机制的稳定性和时间尺度。相同的模型可以用来理解系统如何响应刺激：在这里，我们表明，它显示频率依赖的动态滞后。这种行为与在磁系统中观察到的行为密切相似，但存在一些差异。通过选择跨越已知生物学范围的模型参数，我们发现频率依赖性特征覆盖了所观察到的分子细胞内信号振荡的频带，这表明这种机制可能在细胞信息处理中起重要作用。
2007-02-12 physics.bio-ph q-bio.MN
The Protein Force Field Plays a Crucial Role in Obtaining Accurate Macromolecular Ensembles of IDPs
针对传统力场难以准确模拟IDP构象系综的问题，本研究通过SAXS数据验证AMBER ff19SB-OPC水组合模型，证明其能准确预测IDP和折叠蛋白构象，并开发SWAXS-AMDE散射模型提升模拟与实验匹配度。
2025-08-26 physics.bio-ph
Insights on Rigidity and flexibility at the Global and Local Levels of Protein Structures and their Roles in Homologous Psychrophilic, Mesophilic and Thermophilic Proteins: A Computational Study
同源嗜冷（P），嗜中温（M）和嗜热（T）蛋白质的刚性和柔性进行了研究，在全球和当地的包装因子和原子波动的B-因子。为了比较原子涨落，建议并验证了通过以统一的方式考虑来自所有来源的B因子中的误差来校正误差，并将涨落转换为相同的温度。结果表明，在全球范围内的平均包装因子之间的三个类的蛋白质同源物的值没有差异，但在局部水平上有差异。同源蛋白质三联体的比较表明，在给定的温度下，平均原子涨落服从P>M>T的顺序。包装因子和原子波动是反相关的，这表明改变活性位点的刚性可能是一种潜在的策略，使定制的嗜冷或嗜热蛋白质从它们的嗜温同系物。
2021-06-07 physics.bio-ph q-bio.BM
Structural and Dynamical Mechanisms of a Naturally Occurring Variant of the Human Prion Protein in Preventing Prion Conversion
朊病毒疾病与朊病毒蛋白（PrPC）的正常螺旋细胞形式错误折叠成富含β折叠的羊瘙痒病形式（PrPSc）以及随后PrPSc聚集成淀粉样原纤维有关。最近的研究表明，人PrPC的天然变异体V127对朊病毒的转化和聚集具有内在的抗性，可以完全预防朊病毒疾病。然而，潜在的分子机制仍然难以捉摸。本文中，我们对野生型（WT）和V127变体的人PrPC进行多微秒分子动力学模拟，以在原子水平上理解V127变体的保护作用。我们的模拟结果表明，G127 V突变不仅增加了链2（S2）和螺旋2（H2）之间的S2-H2环的刚性，而且变构增强了H2 C-末端区域的稳定性。有趣的是，先前的研究报道具有刚性S2-H2环的动物通常不会发生朊病毒疾病，并且H2 C-末端稳定性的增加可以防止朊病毒蛋白的错误折叠和寡聚化。利用动力学网络分析确定了G/V127到H2 C-末端区域的变构路径。此外，社区网络分析表明，G127 V突变增强了PrP的全局相关性和分子内相互作用，从而稳定了整体PrPC结构并抑制其转化为PrPSc。本研究为深入了解人V127变异体抑制朊病毒转化的机制提供了理论依据，为合理设计抗朊病毒药物提供了理论依据。
2020-07-21 physics.bio-ph
Ergodicity breaking of iron displacement in heme proteins
我们提出了一个模型的蛋白质中的原子位移的动力学过渡。在较高温度下增加的均方位移是由来自蛋白质-水热浴的静电力和范德华力软化振动力常数引起的。当力-力关联函数的弛豫时间随着温度的升高进入仪器观测窗口时，振动软化通过非遍历动力学转变。确定了两个交叉温度。较低的交叉，目前连接到玻璃化转变，是有关的动态解冻内的水分子的旋转nanodomains由带电的表面残基的蛋白质极化。较高的交叉温度，通常分配给动力学转变，标志着水翻译的开始。所有的交叉都是遍历性的，取决于相应的观察窗口。允许拉伸指数松弛的蛋白质-水热浴显着提高了理论-实验一致性时，应用到固体蛋白质样品的穆斯堡尔谱研究。
2017-08-04 physics.bio-ph q-bio.BM
Quantum Mechanics of Proteins in Explicit Water: The Role of Plasmon-Like Solute-Solvent Interactions
量子力学范德华色散相互作用对蛋白质内和蛋白质-水相互作用都起着至关重要的作用-蛋白质在水溶液中的结构和动力学的两个主要驱动力。通常情况下，这些相互作用只通过经典力场中的成对势项进行唯象处理。在这里，我们使用一个明确的量子力学方法的基础上密度泛函紧结合与多体分散形式主义，这使我们能够证明出乎意料的相关性的多体字符的分散相互作用的蛋白质能量和蛋白质-水的相互作用。与通常采用的成对方法相反，多体效应显著降低了在不存在水的情况下天然状态的相对稳定性。在水性环境中，蛋白质-水范德华相互作用的集体特征抵消了这种效应并稳定了天然构象和过渡态。这种稳定性是由于蛋白质-水分散体相互作用的高度离域性和集体性而产生的，这表明通过水性环境的长程电子相关性具有显著的持久性。我们的研究结果举例说明蛋白质形成$β$ -片，发夹和螺旋的原型展示，强调等离子体样溶质-溶剂相互作用在生物分子系统中的关键作用。
2019-10-21 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Dynamical transition, hydrophobic interface, and the temperature dependence of electrostatic fluctuations in proteins
分子动力学模拟揭示了一个戏剧性的增加，随着温度的升高，在金属蛋白质质体蓝蛋白的活性位点的水引起的静电波动的幅度。增加的宽度的静电波动，表示在重组能量的变化的蛋白质的氧化还原状态，是有关的疏水蛋白质/水界面的形成，允许大幅度集体波动的水密度在蛋白质的第一溶剂化壳。在重组能随温度升高而单调增加的顶部，我们观察到在220 K处的尖峰也伴随着指数集体斯托克斯位移动力学的显著减慢。与水化壳层水的局部密度波动相反，这些尖峰可能与水溶剂穿过Widom线的全局性质有关。
2008-07-28 physics.bio-ph physics.chem-ph
Asymmetry between Activators and Deactivators in Functional Protein Networks
在蛋白质相互作用网络中，“开启”和“关闭”功能是完全相反的吗？为了回答这个问题，我们使用基于序列的突变算法实现了功能蛋白质相互作用网络进化的最小模型，并将该模型应用于研究产生振荡动力学的网络中的中性漂移。我们研究的激活剂和钝化剂，振荡蛋白质相互作用网络的两个核心组成部分的作用，并发现一个显着的不对称的激活和钝化蛋白质的作用，激活蛋白质往往是协同和钝化蛋白质往往是竞争。
2018-08-09 physics.bio-ph q-bio.MN
The strength of protein-protein interactions controls the information capacity and dynamical response of signaling networks
真核细胞通过相互作用蛋白质的复杂网络传递信号。在这里，我们开发了一个理论和计算的框架，涉及生物物理学的蛋白质相互作用（PPI）内的信号网络，其信息处理性能。为此，我们概括了统计物理启发的蛋白质结合模型，以解释依赖于翻译后状态（例如磷酸化）的相互作用。通过将这些模型与信息理论方法相结合，我们发现PPI是信号网络中信息传输的关键决定因素，弱相互作用会产生“噪声”，从而减少信息传输。虽然可以通过增加相互作用强度来减轻噪声，但伴随的传输增加是以较慢的动态响应为代价的。这表明信号蛋白相互作用的生物物理学产生了一个基本的“速度-信息”权衡。令人惊讶的是，我们发现复杂信号网络中通路之间的串扰并没有显著改变信息容量-这一观察结果可能部分解释了弱PPI在高度互连网络中的混杂性和普遍性。最后，我们展示了我们的框架如何可以用来设计合成的生化网络，最大限度地提高信息传输，一个程序，我们称之为“InfoMax”设计。
2018-11-23 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.MN
Characterizing protein crystal contacts and their role in crystallization: rubredoxin as a case study
结构生物学和软物质领域已经独立地寻找使蛋白质结晶合理化的基本原理。然而，这两个学科之间的概念差异和有限的重叠迄今为止阻碍了对这一现象的全面理解。我们进行了计算研究的蛋白质从rubredoxin家庭的桥梁这两个领域。使用原子模拟，我们表征他们的晶体接触，并相应地parameterized补丁粒子模型。将这些示意性模型的相图与实验结果进行比较，使我们能够批判性地研究这两种方法背后的假设。该研究还揭示了蛋白质-蛋白质相互作用的特征，这些特征可以用来更普遍地结晶蛋白质。
2013-11-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The Role of Chain Entropy in an Analytic Model of Protein Binding in Single-DNA Stretching Experiments
我们表明，张和Marko（物理评论E 77，031916（2008））提出的简单的分析模型来说明单DNA实验的麦克斯韦关系，可以通过包括高斯链的零力熵来改进。所得模型与离散持久链模型吻合良好，且形式便于分析实验数据。
2011-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Role of Ligand Conformation on Nanoparticle-Protein Interactions
通过静脉途径施用的工程生物医学纳米颗粒（NP）易于与血清蛋白缔合。蛋白质冠可以掩盖NP表面功能化并阻碍NP递送至其生物靶标。无冠纳米颗粒的设计依赖于我们对纳米颗粒表面驱动与血清蛋白相互作用的化学物理特征的理解。在这里，我们地址，通过计算手段，人血清白蛋白（HSA）和一个典型的单层保护的金纳米粒子之间的相互作用。我们发现，化学组成（电荷，疏水性）和配体的构象偏好装饰NP表面的NP倾向结合HSA的影响。
2019-05-28 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Protein-protein docking using a tensor train black-box optimization method
黑箱优化方法在计算仿真的许多领域中起着重要的作用。特别是，这些方法通常用于生物系统的设计和建模，包括蛋白质及其与各种配体的复合物。这项工作主要集中在蛋白质-蛋白质对接，在现代药物设计工作流程中起着关键作用。我们开发了一个黑箱的方法，这样的对接问题，使用一种新的技术的基础上的张量列车分解的高维相互作用函数。我们的方法在发现的全局最小值方面显示出优势，并且具有在广泛的设备上进一步实现的高潜力，包括图形处理单元和量子处理单元。
2023-02-07 physics.bio-ph q-bio.BM
Structural Controllability to Unveil Hidden Regulation Mechanisms in Unfolded Protein Response: the Role of Network Models
本研究将复杂网络的结构可控性分析应用于未折叠蛋白反应网络，通过构建多个基于蛋白质相互作用数据库的网络模型，识别出与已知内质网应激传感器匹配的关键驱动节点，证明了结构可控性是研究生物信号通路的可靠定量工具。
2023-02-18 physics.bio-ph q-bio.MN
Membrane-protein interactions hold the key to understanding amyloid formation
从这个角度来看，我们描述了膜在调节淀粉样前体蛋白的结构以产生参与阿尔茨海默病的肽中所起的关键作用。一些关键的概念，包括蛋白质聚集的激发态的单体在启动蛋白质聚集的潜在作用进行了说明。
2014-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Insights into the role of dynamical features in protein complex formation: the case of SARS-CoV-2 spike binding with ACE2
本研究通过SARS-CoV-2刺突蛋白变异株与ACE2的分子动力学模拟，揭示未结合状态的刚性及结合前后动力学相似性对结合稳定性的关键作用。
2025-06-05 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
A possible role of salt-induced intermediates in the liquid-liquid phase transitions of globular protein dispersions
本文提出了天然（N ~*，N）球状蛋白质在热变性（D ~*）和冷变性（D ~*）之间的水-盐分散体系中液-液（L-L）型相变的一个可能模型。蛋白质中间体（I，I*）是由D N和D* N* 转变过程中的离子非平衡（脱）吸附引起<-><->的，它们参与了L-L微相变，在N和N* 蛋白质的主相中形成团簇和原纤维。因此，与N-蛋白质相比，它们补偿了由蛋白质结构中吸附的盐离子的不平衡分布引起的过量化学势（ChPot）。提出了一个温度模型的行为的ChPots（Δ mui）的各种状态的蛋白质：低温i = D，N，I和高温i = D*，N*，I*，以及它们之间的过渡。在此基础上，提出了溶剂ChPot Δ μ 1的温度依赖性。建立了Δ μ 1极值与L-L转变临界点温度（上、下临界溶解温度）之间的关系。根据相图讨论了蛋白质水盐分散体系在不同温度下渗透压非理想行为的原因。
2022-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Protein synthesis driven by dynamical stochastic transcription
在这篇手稿中，我们提出了一个数学框架来耦合转录和翻译，其中mRNA的产生由一组主方程描述，而蛋白质密度的动态由随机微分方程控制。这两个过程之间的耦合是由一个随机扰动，其统计满足主方程。在这种方法中，从mRNA数量的分析时间依赖性分布的知识，我们能够计算蛋白质群体的概率密度的动态。
2015-07-23 math.PR physics.bio-ph q-bio.SC
Rare-event trajectory ensemble analysis reveals metastable dynamical phases in lattice proteins
我们探讨了动态大偏差的晶格杂聚物模型的蛋白质的轨迹采样的方式。我们发现存在的非平衡动力学相变之间的活动和不活动的动力学阶段，其性质取决于相互作用势的性质的轨迹合奏。当氨基酸序列引起的相互作用的完全异质性被保留时，如在完全相互作用模型或仅考虑天然相互作用的Gōs模型的异质版本中，过渡是在平衡天然状态和高度天然但动力学捕获状态之间。相比之下，对于均匀的Gō模型，其中有一个单一的自然能量，序列不起作用，动力学跃迁是展开态和自然态之间的静态双稳态的直接结果。在异质的情况下，天然活性和天然非活性状态，尽管它们的静态相似性，具有广泛变化的动态特性，它们之间的过渡甚至发生在晶格蛋白质的序列被设计成使它们最佳的文件夹。
2013-05-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The Role of Protein Fluctuation Correlations in Electron Transfer in Photosynthetic Complexes
我们认为，在光合复合物中的电子转移的蛋白质环境的随机波动的相关特性的依赖。电子子系统是由一个有限的网络连接的电子（激子）网站。蛋白质环境的波动是由随机电报过程建模的，这些过程共同（相关）或独立（不相关）作用于电子位点。对于平均密度矩阵元素及其一阶矩，我们导出了一个精确的一阶常系数线性微分方程封闭组。在一定条件下，得到了电子转移速率的解析表达式。我们比较了相关和不相关的制度，并证明了数值的蛋白质环境的不相关的波动，在某些条件下，可以增加或减少的电子转移速率。
2014-11-28 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
The protein dynamical transition is independent of hydration
本研究通过太赫兹光谱和量热法证明，干态生物分子在无 hydration 条件下仍出现与蛋白质动力学转变相关的非谐运动，表明该转变不依赖水合作用。
2023-05-10 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph physics.chem-ph
Protein and hydration-water dynamics are decoupled: A new model connecting dynamics and biochemical function is required
水在生物系统中起着重要作用，极大地决定了它们的结构、稳定性甚至功能。例如，众所周知，蛋白质需要最少量的水才能发挥功能。由于蛋白质的生物学功能涉及构象的变化，有时还涉及化学反应，因此很自然地期望这些功能与蛋白质及其水合水的耦合系统的动力学性质相关联。然而，尽管经过多年的深入研究，蛋白质-水合水相互作用的详细性质，以及它们通过特殊的动力学效应对蛋白质的生物化学活性的影响，仍然部分未知。特别是，到目前为止提出的模型，未能解释完整的实验数据。公认的“蛋白质动力学转变”方案是基于蛋白质和它们的水合水的动力学之间的完美耦合，这从来没有被实验推翻。我们提出了高能量分辨率的弹性中子散射测量的原子动力学的模型蛋白质，溶菌酶，在水中进行的IN 16 B光谱仪在法国格勒诺布尔的劳埃-朗之万研究所。这些首次表明，蛋白质及其水合水的动力学实际上是解耦的。这一重要结果不利于公认的情况下，并需要一个新的模型来连接蛋白质的动态动态，其水合水的动态，并反过来，生化功能。
2017-05-09 physics.bio-ph physics.chem-ph
CSAW: a dynamical model of protein folding
CSAW（conditioned self-avoiding walk）是将SAW（self-avoiding walk）与Monte-Carlo相结合的蛋白质折叠模型。它模拟了在链残基之间以及与环境的相互作用存在下链分子的布朗运动。在包括疏水效应和氢键的第一模型中，30个残基的链折叠成具有稳定二级和三级结构的天然状态。这个过程开始于快速坍缩成一个中间的“熔融球”，经过一个相对较长的静止期后，它慢慢地衰变成自然状态。回转半径的行为模拟实验数据。
2006-01-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The main role of fractal-like nature of conformational space in subdiffusion in protein
本研究针对蛋白质亚扩散起源不明的问题，通过全原子分子动力学模拟与理论对比，发现其主要源于构象态亚稳态网络的分形性质，并用马尔可夫状态模型验证了该结论，同时排除了连续时间随机游走的解释可能。
2023-06-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Protein folding in high-dimensional spaces:hypergutters and the role of non-native interactions
我们探讨的后果非常高维的动态景观的蛋白质折叠。考虑到两个典型的范围内的稳定相互作用，折叠率本身，导致一个模型的能量超曲面，其特征在于扩散的“hypergutters”以及熟悉的“漏斗”的结构。几个一般的预测结果：（1）中间的子空间的配置将始终访问;（2）特定的，但非天然的相互作用是重要的，在稳定这些低维扩散搜索折叠途径;（3）顺序障碍将普遍发现，即使在“双态“蛋白质;（4）非常早期的时间将显示从单指数动力学的charactertreristic偏离;（5）非原生相互作用对φ值的贡献是可计算的，并且可能是显著的。一个三螺旋束的例子被视为更详细的说明。该模型还表明，高维结构提供了概念上的关系之间的“折叠漏斗”，“扩散碰撞”，“成核-凝聚”和“拓扑异构体搜索”模式的蛋白质折叠。这表明，快速折叠的动力学策略可能是编码，而一般在非本地，而不是本地的相互作用。这些预测与最近的实验和模拟结果有关。
2003-11-07 physics.bio-ph q-bio.BM
Dual antagonistic role of motor proteins in fluidizing active networks
细胞使用相同的分子构建块完成不同的功能，从建立细胞质流到产生机械力。特别地，这些非平衡态之间的转换是通过调节细胞骨架蛋白的表达和活性来触发的。然而，这些蛋白质如何设置细胞骨架的大尺度力学和驱动这种非平衡相变仍然知之甚少。在这里，我们表明，一个最小的网络的生物聚合物，分子马达，和交联剂表现出两个不同的新兴行为取决于它的组成，自发流动像一个活跃的流体，或屈曲像一个活跃的固体。分子马达发挥双重拮抗作用，根据ATP浓度使网络流化或硬化。通过结合实验、连续介质理论和化学动力学，我们确定了如何通过设定每种组分的浓度来组装具有目标活性和弹性的材料。主动和弹性应力可以通过光诱导的运动活动脉冲进一步原位操纵，控制固体到流体的转变。这些结果突出了细胞骨架应力如何调节生命物质的自组织，并为活性物质的合理设计和控制奠定了基础。
2021-12-31 cond-mat.soft physics.bio-ph
Role of the dihedral angle potential in the nucleation pathway of protein folding
提出了蛋白质折叠成核机理的动力学模型。蛋白质被建模为由具有相等恒定键长和键角的疏水性和亲水性珠粒组成的杂聚物。杂聚物的总能量由非连接珠的排斥/吸引相互作用和所涉及的二面角的贡献决定。它们的参数可以严格定义，不像以前模型的基础是一簇蛋白质残基的不明确的表面张力。作为该模型的一个重要思想，二面角势，其中所选择的珠参与平均所有可能的配置的相邻珠沿蛋白质链。由此产生的平均二面角潜力的残留物是恒定的足够远的集群，但单调增加的距离降低低于阈值。其中残基执行混沌运动的簇周围的总体势是平均二面角势和成对势的组合。作为与簇的距离的函数，它具有双阱形状。内孔中的残基被认为属于簇（蛋白质的折叠部分），而外孔中的残基被视为属于蛋白质的未折叠（尽管是紧凑的）部分。双井形状的潜力周围的集群允许一个确定其发射和吸收率，通过使用第一次通过时间分析和发展的自洽动力学理论的成核机制的蛋白质折叠。对一个含有2500个残基的蛋白质进行数值计算，其残基在天然状态下的扩散系数在10^{-6} cm ^2/s到10^{-8} cm ^2/s之间，预测折叠时间在几秒到几百秒之间。
2006-08-25 physics.bio-ph physics.comp-ph
Role of hydration and intramolecular interactions in the helix-coil transition and helix-helix assembly in a deca-alanine peptide
对于模型十-丙氨酸肽，腔（理想疏水性）对水合的贡献有利于螺旋到螺旋转变中的螺旋状态和两个螺旋组装中的成对螺旋束。有吸引力的蛋白质-溶剂相互作用的能量贡献被分离成在第一水合壳层中与溶剂的相互作用产生的短程部分和剩余的长程部分。在螺旋-卷曲转变中，短程有吸引力的蛋白质-溶剂相互作用超过疏水水合作用，并有利于未折叠的卷曲状态。对折叠效应的分析表明，肽骨架的有利水合作用有利于未折叠状态。蛋白质分子内相互作用有利于螺旋状态，并在折叠中起决定性作用。在配对的两个螺旋，空腔的贡献超过了短程有吸引力的蛋白质-水的相互作用。然而，远距离的蛋白质-溶剂吸引相互作用可以增强或逆转这一趋势，具体取决于螺旋的相互方向。在螺旋-螺旋组装中，由吸引蛋白质-溶剂相互作用的变化引起的焓变化有利于拆卸。在螺旋配对以及，有利的蛋白质分子内相互作用被发现是一样重要的水合作用。
2015-08-23 physics.bio-ph physics.chem-ph
Dynamical mechanism of antifreeze proteins to prevent ice growth
藻类、昆虫和鱼类在低于正常冰点的温度下生存的迷人能力是由抗冻蛋白（AFP）实现的。这些是表面活性分子，与扩散的水/冰界面相互作用，从而防止完全固化。我们提出了一个新的动力学机制，这些蛋白质如何抑制水的冻结。我们应用Ginzburg-Landau型方法来描述两组分体系（冰，AFP）的相分离。自由能量密度涉及两个领域：一个是低AFP浓度的冰相，另一个是高AFP浓度的液态水。冰的时间演化揭示了在AFP存在下由相分离产生的微观结构。我们观察到一个更快的集群的前冰结构连接到一个锁定的晶粒大小的行动AFP，这是一个基本上是动态的过程。额外的水分子的吸附被抑制，冰粒的进一步生长停止。冰和水之间的界面能降低，允许AFP形成更小的临界冰核。与磁性材料中的磁滞现象类似，我们观察到一种热力学磁滞现象，导致凝固点降低与实验一致的非线性密度依赖性。
2014-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Membrane tubule formation by banana-shaped proteins with or without transient network structure
在活细胞中，膜形态受各种蛋白质调节。许多膜重塑蛋白含有Bin/Amphiphysin/Rvs（BAR）结构域，其由香蕉形杆组成。BAR域弯曲的生物膜沿杆轴和这种各向异性弯曲的功能，最近已被研究。在这里，我们报告的BAR蛋白杆在诱导膜tuberase的作用，使用大规模的粗粒度模拟。我们发现，一个小的自发侧曲率垂直于杆可以大大改变在高蛋白质密度，而没有显着的差异，在低密度下的tuberculosis动力学。取决于侧曲率，中间地形成网状结构。该网络抑制小管突出，导致较少小管的缓慢形成。因此，侧曲率，这是由蛋白质-蛋白质和膜-蛋白质相互作用产生的，在微管动力学中起着重要的作用。我们还发现，积极的表面张力和囊泡膜的曲率可以稳定这种网络结构，通过抑制tuberculosis。
2016-01-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Rotation-Beating dynamics of a driven flexible filament: role of motor protein properties
本研究利用数值模拟探讨了马达蛋白特性对驱动柔性丝动力学行为的控制，发现系统存在涨落、旋转和拍打三种状态，并揭示了状态转变的力学条件与机制。
2024-09-19 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lipid ion channels and the role of proteins
合成的脂质膜在蛋白质的情况下，可以显示量子化的离子，这是几乎无法区分的蛋白质通道的传导事件。通过不可区分，我们的意思是，人们不能仅基于电流迹线来决定电导事件是否起源于含有或不含有通道蛋白的膜。需要更多的证据来区分这两种情况，而且并不总是能够确定是否能够提供这种证据。现象学上的相似性是惊人的，并跨越了广泛的现象：典型的电导是相同的顺序，寿命分布和电流直方图是相似的。人们发现传导爆发，闪烁，和多步电导。脂质通道可以通过电压门控，并且可以被药物阻断。它们对侧膜张力和温度的变化作出反应。因此，它们的行为类似于电压门控、温度门控和机械敏感蛋白通道，或类似于受体。脂质通道被严重低估了。然而，脂质和蛋白质通道之间的相似性提出了一个突出的问题，蛋白质通道数据的解释。例如，神经脉冲传导的Hodgkin-Huxley理论需要钠和钾离子传导的选择性机制。为此，脂质膜必须同时充当电容器和绝缘体。非选择性离子电导的机制以外的门控蛋白质通道的挑战提出的脉冲传播的机制。...一些重要的问题出现了：脂质和蛋白质通道是由于共同的机制而相似，还是这些相似性是偶然的？有没有可能这两种现象是同一现象的不同方面？脂质和蛋白质通道有什么不同吗？...（略）
2013-07-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
How proteins squeeze through polymer networks: a Cartesian lattice study
本文提出了一个颗粒在相间细胞核中扩散输运的格子模型。研究了格点上单链的动力学行为，验证了Rouse标度性.动态密集网络的结合版本的键涨落方法和大都会蒙特卡罗算法创建。显示了稠密链网络的半稀释行为。通过比较静态和动态链网络中颗粒的扩散，我们证明链扩散不会改变小颗粒的扩散过程。然而，我们证明了一个动态网络有利于大粒子的运输。通过对静态链网络中粒子的均方位移轨迹进行加权，可以重建动态网络中的数据。此外，它示出，亚扩散行为的颗粒在短时间尺度上的结果从捕获过程中拥挤的环境中的链网络。在所提出的模型中，直径为30 nm的蛋白质在染色质纤维网络中的有效扩散系数为1.24 E-11 m^2/s。
2009-05-08 physics.bio-ph physics.comp-ph
Allosteric communication mediated by protein contact clusters: A dynamical model
本研究提出基于“接触簇”的蛋白质变构通信动力学模型，通过约500微秒分子动力学模拟光开关PDZ3 domain，揭示簇内协同变化与二级结构介导的簇间通信，模拟时间尺度与实验高度一致。
2024-08-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical Decoherence and Memory Effects in Green Fluorescent Proteins by Dielectric Relaxation
本文利用层级运动方程和德拜介电模型，研究了绿色荧光蛋白发色团在介电环境中的退相干与能量转移，发现介电弛豫产生的强记忆效应可延长相干寿命，且其空腔结构有助于保持二聚体相干性，并揭示了相干能量转移与熵产生之间的动力学关联。
2024-05-07 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Unveiling Long-Range Forces in Light Harvesting Proteins: Pivotal Roles of Temperature and Light
以红藻藻胆体捕光蛋白为模型，证明仅热能或光照即可触发数百纳米的吸引性电动力学相互作用，揭示了温度与光在激活集体模式及优化生物能量传递中的关键作用。
2024-11-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Polymer uncrossing and knotting in protein folding, and their role in minimal folding pathways
我们介绍了一种方法，用于计算在何种程度上链非交叉是重要的最有效的，最佳的轨迹或途径的蛋白质折叠。这涉及记录幽灵链的所有非物理交叉事件，并计算避免此类事件所需的最小非交叉成本。应用深度优先树搜索算法来找到折叠$α$、$β$、$α/β$和打结蛋白质的最小变换。在所有情况下，额外的非交叉/非交叉距离是幽灵链行进的总距离的一小部分。不同的结构类可以区分额外的不交叉距离的量，这种歧视的有效性进行了比较与其他序参数。可以看出，非交叉距离超过链长提供了结构和动力学类别之间的最佳区分。非交叉距离与链长的缩放意味着一个不可避免的交叉缠结为主的折叠机制足够长的链。我们进一步量化的最小折叠路径，通过收集的序列的uncrossing移动，这通常涉及腿，环，肘样uncrossing移动，并呈现这些移动的集合在展开的合奏作为一个多变换“对齐”。构建了共有最小途径，并示意性地显示了$α$、$β$和打结蛋白的代表性情况。重叠参数之间的途径定义，我们发现，$α$蛋白具有最小的重叠，表明不同的折叠途径，打结的蛋白质是高度约束，以遵循一个占主导地位的途径，和$β$蛋白介于两者之间。因此，我们已经展示了拓扑链约束如何在蛋白质折叠中诱导显性途径机制。
2012-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Role of salt valency in the switch of H-NS proteins between DNA-bridging and DNA-stiffening modes
本工作通过粗粒度模型进行计算机模拟，研究H-NS蛋白和细菌基因组DNA的相互作用。该模型是专门开发的，以研究H-NS蛋白质从DNA-硬化到DNA-桥接模式的转换，这在向缓冲液中加入多价阳离子后已被反复观察到，但仍不清楚。解开相应的机制是更加关键的，因为H-NS蛋白以及其他类核蛋白的调节特性与它们的DNA结合特性有关。这里报道的模拟支持一种机制，根据该机制，多价阳离子的主要作用在于与H-NS/H-NS相互作用相比降低H-NS/DNA相互作用的强度，后者变得相对于前者在缓冲液的阳离子的有效价态的一定阈值以上在能量上有利。在阈值以下，H-NS二聚体形成细丝，其沿着DNA分子伸展，但在桥接基因组上遥远的DNA位点（DNA硬化模式）方面非常低效。相比之下，仅在阈值以上，H-NS二聚体形成3维簇，其能够连接远离基因组观点的DNA位点（DNA桥接模式）。该模型提供了明确的理论基础的实验观察，这两种模式之间的切换是一个阈值效应和H-NS二聚体的能力，以形成更高的顺序低聚物是至关重要的，他们的桥接能力。
2018-03-26 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.GN
A wave-mechanical model of incoherent neutron scattering II. Role of the momentum transfer
最近，我们介绍了一个准弹性中子散射（QENS）在蛋白质中的波动力学模型。我们称之为ELM模型的“能源景观模型”。我们假定散射中子的谱线由自然宽度的谱线组成，谱线因涨落而偏离中心。ELM基于两个事实：中子是波包;蛋白质具有形成自由能景观（FEL）的低位子态。实验表明，这些波包有几百微米长。在波包的传输过程中，蛋白质中的中子和质子之间发生相互作用。波包对蛋白质部分施加力$F(t) = dQ(t)/dt$，蛋白质部分是被撞击质子周围的蛋白质部分。$Q(t)$是在渡越过程中由中子波包传递给质子的波矢量（动量）。随后的能量被储存在能量图中，并在波包离开时返回给中子。这样，动能就转化为势能，然后又转化回来。相互作用能与$Q$成正比，而与$Q^2$不成正比。为了开发和检查ELM，我们在逆转不正确的归一化后使用脱水蛋白质的已发表工作。在这样的蛋白质中，只有振动是活跃的，由中子动量引起的效应可以不受外部波动的干扰而进行研究。ELM具有预测能力。例如，如果$S(0, T)$是已知的，它定量地预测了在一个宽的温度和动量$Q$范围内观察到的非弹性非相干分数$S(Q, T)$。
2015-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph
Predicting protein dynamics from structural ensembles
蛋白质的生物学特性是由其结构和动力学决定的。溶液中的蛋白质在全局折叠周围占据亚稳态构型的结构系综。从整体旋转到局部波动，蛋白质的动力学可以在时间尺度上覆盖几个数量级。我们提出了一个模拟免费粗粒度的方法，利用知识的重要亚稳态折叠状态的蛋白质来预测蛋白质的动力学。这种方法是基于蛋白质动力学的朗之万方程（LE4PD），在蛋白质骨架的坐标朗之万形式主义。这种朗之万形式主义的线性模式组织了蛋白质的波动，因此更广泛的动力学协同性与增加模式扩散的能垒有关。LE4PD的准确性进行了验证，通过分析预测的动力学在一组七个不同的蛋白质，其中弛豫数据和NMR溶液结构。使用实验NMR构象作为输入的结构合奏，LE4PD预测定量准确的结果，与相关系数\r{ho} = .93 NMR骨干松弛测量的七种蛋白质。将NMR溶液结构导出的系综和预测的动力学弛豫与分子动力学模拟导出的结构系综和LE4PD预测进行了比较，并且在模拟的时间尺度上是一致的。实验NMR构象的使用从计算要求高的模拟释放的方法。
2015-09-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A minimal titration modelization of the mammalian dynamical heat shock response
环境应激，如氧化或热应激，诱导热休克反应（HSR）的激活，导致热休克蛋白（HSP）水平的增加。这些热休克蛋白作为分子伴侣维持蛋白质稳态。即使主要的热冲击响应的合作伙伴是众所周知的，一个详细的描述的HSR网络的动力学特性仍然是缺失的。在这项研究中，我们推导出一个最小的数学模型的细胞反应热休克，再现现有的实验数据集的转录因子活性和细胞活力。这个简单的模型突出了统治HSR网络的关键机制过程，并揭示了（i）作为网络指导线的分子伴侣对热休克因子1（HSF 1）的滴定，（ii）蛋白质分类控制受损蛋白质的命运，以及（iii）描述正常，急性或慢性应激的三种不同温度制度。
2015-10-01 physics.bio-ph q-bio.SC
Characterization of the low temperature properties of a simplified protein model
结果表明，一个简单的蛋白质模型，受挫Gōmodel，似乎表现出的过渡让人想起蛋白质动力学转变，我们检查这个模型的有效性，以描述蛋白质的低温特性。首先，我们研究均衡波动。我们计算了它的非相干中子散射结构因子，并表明它可以很好地描述了一个理论，使用单声子近似。通过进行固有结构分析，我们评估在低温下的能量状态之间的转换。然后，我们研究了蛋白质突然冷却后的非平衡波动。为了分析蛋白质的玻璃化转变，我们研究了涨落耗散定理的违反。我们发现，淬火蛋白质的有效温度偏离恒温器的温度，但它向实际温度弛豫与Arrhenius行为随着等待时间的增加。这些结果的平衡和非平衡的研究收敛到这样的结论，该粗粒模型的明显的动力学转变不能归因于玻璃态行为。
2014-01-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Design of elastic networks with evolutionary optimised long-range communication as mechanical models of allosteric proteins
变构效应通常是蛋白质活性的基础，阐明变构现象所特有的通用设计方面和功能原理是一个重大挑战。在这里，一种方法，其中包括在合成结构的硅设计，作为变构的主要元素，编码动态远程耦合两个网站之间的。结构由弹性网络表示，类似于真实蛋白质的粗粒度模型。实施进化优化策略以迭代地改进变构偶联。在所设计的结构中，从应变传播的角度分析了变构相互作用，并将进化过程中出现的简单途径确定为建立远程通信的签名。此外，还证明了变构性能对突变的稳健性。事实证明，设计的原型结构显示出类似于真实变构蛋白质的动力学特性。因此，它们可以作为复杂变构系统（如蛋白质）的玩具模型。
2017-02-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Endocytic proteins drive vesicle growth via instability in high membrane tension environment
网格蛋白介导的内吞作用（CME）是通过膜囊泡将货物转运到细胞中的关键途径。它在营养输入、信号转导、神经传递和病原体和载药纳米颗粒的细胞进入中起着不可或缺的作用。由于CME需要质膜的大量局部重塑，膜张力的存在提供了对弯曲的抵抗力，因此，囊泡形成。实验表明，在这样的高张力条件下，肌动蛋白动力学是成功进行CME所必需的。在这项研究中，我们建立在这些开创性的实验研究，提供基本的机制洞察的作用，两个关键的内吞蛋白，即肌动蛋白和BAR蛋白在驱动囊泡形成在高膜张力环境。我们的研究揭示了一种新的肌动蛋白力诱导的“快速通过不稳定性”，触发了一个快速的形状转变，从浅内陷到高度内陷的管状结构。我们发现，BAR蛋白的协会稳定囊泡，并诱导一个温和的不稳定。此外，我们提出了一个新的违反直觉的作用BAR解聚调节囊泡的形状演变。我们表明，BAR蛋白的解离，支持肌动蛋白BAR协同作用，导致相当大的伸长和挤压的囊泡。超越膜的几何形状，我们提出了一个新的压力为基础的观点的发病囊泡断裂和预测的形状和组成分离囊泡。我们提出的管理单元通过过渡和高面内应力作为可能的解释有趣的直接转化的广泛和浅的内陷到分离的囊泡在BAR突变酵母细胞。
2015-02-14 physics.bio-ph q-bio.SC
Roles of individual pigments in ultrafast excitation dynamics of light-harvesting phycobiliproteins revealed by recombinant techniques and two-dimensional electronic spectroscopy
Kansai Institute for Photon Science, National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学技术研究院光子科学关西研究所）；Institute for Quantum Life Science, National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学技术研究院量子生命科学研究所）
通过重组蛋白工程和二维电子光谱，研究了色素排列和色素-蛋白质相互作用对藻胆蛋白超快能量弛豫和相干动力学的影响，发现β153色素在超快弛豫中作用次要，而色素-蛋白质相互作用是APC与CPC差异的关键。
2026-08-11 physics.bio-ph physics.chem-ph
Computational Studies of the Structural Stability of Rabbit Prion Protein Compared to Human and Mouse Prion Proteins
朊病毒疾病是影响人类和动物的致命性和高度传染性的神经退行性疾病。神经退行性疾病如克雅氏病、变异型克雅氏病、Gerstmann-Str $\ddot{a}$ ussler-Scheinker综合征、致死性家族性传染病、人类库鲁病、绵羊瘙痒病、牛海绵状脑病（或“疯牛病”）和牛慢性消耗病等都属于朊病毒病。目前还没有有效的治疗方法来治疗所有这些朊病毒疾病。据报道，狗、兔子和马对朊病毒疾病有抵抗力。到2010年底，所有狗、兔和马朊病毒蛋白的NMR结构（包括兔的X射线结构）都已完成，并已发布到蛋白质数据库中。因此，研究马、狗和兔朊蛋白的核磁共振和X-射线分子结构，对了解它们的免疫性朊蛋白疾病具有重要意义。作者发现狗和马的朊蛋白无论在中性还是低pH环境下都具有稳定的分子动力学结构，而兔朊蛋白只有在中性pH环境下才具有稳定的分子动力学结构。在低pH环境下，兔朊蛋白稳定的$α$ -螺旋分子结构塌缩成$β$ -折叠结构。本文重点研究了兔朊蛋白（在其C-末端NMR、同源性和X-射线分子结构区域RaPrP $^\text{C}$（120-230）），并与人和小鼠朊蛋白（分别为HuPrP $^\text{C}$（125-228）和MoPrP $^\text{C}$（124-226））进行比较。作者发现，在中性pH环境下，一些盐桥有助于兔朊蛋白的结构稳定性。
2011-07-25 physics.bio-ph q-bio.BM
Morphological and dynamical properties of semiflexible filaments driven by molecular motors
我们考虑一个明确的模型的半柔性丝运动在两个维度上的滑行测定马达蛋白质，附着到和脱离丝段随机，脱离率取决于当地的负载经历。附着的马达蛋白沿着细丝移动到它的一端，其速度随着马达蛋白的延伸而非线性地变化。作用在灯丝上的合力使它失去平衡。从平衡的距离反映在端到端的分布，改性的弯曲刚度，和过渡到螺旋形态的聚合物。活动的局部应力依赖性导致质心的速度和方向的相关波动，从而导致其动力学中的一系列弹道扩散交叉。
2019-05-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Bidirectional motion of filaments: Role of motor proteins and passive cross linkers
在真核细胞中，马达蛋白（MP）与细胞骨架丝结合并沿其定向运动，产生主动应激。在细胞分裂过程中，一种纺锤体结构的重叠反平行微管（MT）的形式，其稳定性和动力学的影响下的MPs已被广泛研究。尽管已知被动交联剂（PCL）为丝状网络提供结构稳定性，但MP的ATP依赖性主动力和PCL对MT重叠的被动熵力之间的相互作用的后果仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们制定和表征的模型来研究这一点，使用线性稳定性分析和数值积分。在PCL的存在下，我们发现动态相变与变化的活动表现出制度的稳定部分重叠或没有振荡，不稳定的完全重叠，和稳定的极限环振荡，出现通过超临界Hopf分叉，其特征在于由MP和PCL参数确定的振荡频率。我们发现，重叠动力学和稳定性的关键取决于是否重叠对的两个MT是可移动的或一个是固定的，在体内和体外研究具有潜在的影响。
2017-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
