Direct measurement of the correlated dynamics of the protein-backbone and proximal waters of hydration in mechanically strained elastin
我们报告的相关时间的蛋白质骨架碳和近端水的机械应变弹性蛋白的核磁共振方法的直接测量。实验数据表明，随着生物聚合物上的应变的增加，羰基碳的相关时间减少。这些观察结果与弹性蛋白模拟肽（VPGVG）3的短4ns分子动力学模拟吻合得很好。实验结果还表明，减少近端水化的相关时间，增加应变施加到弹性体。一个简单的模型，建议相关的增加近端水的水化的蛋白质骨架的振动频率的增加，随着应变的增加而发展的运动。总之，蛋白质熵的减少伴随着随着应变的增加而增加的近端水化的熵，支持这样的概念，即弹性的来源是由蛋白质骨架的熵变化引起的熵机制驱动的。
2011-04-05 physics.bio-ph q-bio.SC
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
Dynamics of Protein Hydration Water
我们提出的频率和温度依赖的介电性能的溶菌酶解决方案在一个广泛的浓度制度，在零度以下的温度下测量，并比较结果与水的冰点以上的测量和水合溶菌酶粉末。我们的实验允许检查在广泛的温度范围内，包括所谓的无人区（160 - 235 K）的不冻水化水的动态。所获得的结果证明了水化壳动力学的双峰性，并在备受争议的水的脆到强转变的背景下进行了讨论。
2014-12-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Observation of a Dynamic Crossover in RNA Hydration Water which Triggers the Glass Transition in the Biopolymer
高分辨率准弹性中子散射光谱被用来测量H2O和D2O水合RNA样品。通过取两个样品之间的信号差来减去来自RNA的散射的贡献。测量是在从270 K到180 K的一系列温度下进行的。采用松弛笼模型对不同的准弹性谱进行了分析。我们观察到明确的证据表明，在TL = 220 K的RNA水合水的一个脆弱的强动态交叉（FSC）。我们进一步表明，在大约相同的温度220 K下，RNA及其水合水中的氢原子的均方位移在斜率上呈现急剧变化。后一个事实表明，RNA中的动态转变（或玻璃化转变）是由水合水在其FSC温度TL下的流动性的突然变化触发的。
2007-03-15 physics.bio-ph physics.chem-ph
High-Precision Megahertz-to-Terahertz Dielectric Spectroscopy of Protein Collective Motions and Hydration Dynamics
蛋白质中的低频集体振动模式以及蛋白质-水界面已被认为是控制生物化学反应和生物能量传输效率的主导因素。因此，揭示水化结构和动力学的奥秘以及它们与蛋白质在水溶液中的集体运动的耦合是至关重要的。在这里，我们报告的介电性能的水溶液牛血清白蛋白的蛋白质溶液作为一个模型系统，使用一个非常敏感的介电光谱仪的频率从兆赫到太赫兹。介电弛豫谱揭示了分子水平上具有不同时间常数和介电强度的几种极化机制，反映了蛋白质-水相互作用的复杂性。结合有效介质近似和分子动力学模拟，我们已经确定了太赫兹频率的集体振动模式和水分子的数量在紧密结合和松散结合的水化层。对水合水分子数量的高精度测量表明，蛋白质的动力学影响超出了第一溶剂化层，达到距离蛋白质表面约7 μ m的距离，其中最大的减速来自直接与蛋白质氢键结合的水分子。我们的研究结果揭示了蛋白质动力学和蛋白质-水界面的关键信息，这些信息决定了蛋白质的生化功能和反应性。
2018-06-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Hydration Mimicry by Membrane Ion Channels
如果这些蛋白质通道提供了类似于水溶液水合环境的环境，那么离子通过生物膜可能很容易从水中通过离子特异性膜蛋白。事实上，本体水溶液是离子渗透过程的重要参考条件。评估这种水化模拟的观点取决于理解水化结构和水中金属离子的自由能，以提供膜通道环境的比较。为了完善这些考虑，我们审查本地水合结构的离子在散装水，和分子准化学理论，提供水合自由能。在这个过程中，我们注意到一些目前的观点离子结合膜通道，并提出新的物理化学计算和实验，可能会进一步澄清水化模拟的观点。
2019-12-09 physics.bio-ph physics.chem-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
Open Boundary Simulations of Proteins and Their Hydration Shells by Hamiltonian Adaptive Resolution Scheme
最近提出的哈密顿自适应分辨率方案（H-AdResS）允许在开放边界框架中进行分子模拟。它允许动态改变特定分子子集（通常是溶剂）的分辨率，这些分子可以在原子区域和粗粒度储层之间自由扩散。到目前为止，该方法已成功地应用于纯液体。将H-AdResS方法耦合到蛋白质的混合模型，如分子力学/粗粒（MM/CG）方案，是一种很有前途的方法，用于严格计算低分辨率蛋白质模型中的配体结合自由能。为了实现这一目标，在这里，我们第一次申请H-AdResS的两个原子蛋白质的双分辨率溶剂，证明其能够再现结构和动力学性质的蛋白质和溶剂，从原子模拟。
2017-11-15 physics.bio-ph physics.chem-ph
Collective Molecular Dynamics in Proteins and Membranes
对生物膜，特别是膜包埋蛋白的动力学和功能的理解是现代生物学和生物物理学中最基本的问题和挑战之一。特别是膜的组成和性质以及周围水合水的结构和动力学对蛋白质功能的影响是即将到来的热门话题，这可以通过现代实验和计算技术来解决。相关的分子运动可能对理解例如运输过程和弹性性质起着至关重要的作用，并且可能与蛋白质功能有关。在实验上，这涉及确定不同分子组分的色散关系，即，长度尺度依赖于激发频率和弛豫速率。只有很少的实验技术能够在纳米尺度上获得生物材料的动力学性质，并解决脂质分子、水合水分子和蛋白质的动力学以及它们之间的相互作用。在这种情况下，非弹性中子散射被证明是一个非常强大的工具，研究生物分子材料的动力学和相互作用的相关纳秒时间尺度和纳米长度尺度。我们回顾和讨论非弹性中子散射实验研究膜弹性和膜包埋蛋白质的蛋白质-蛋白质相互作用。
2008-09-30 physics.bio-ph
Practical protein-pocket hydration-site prediction for drug discovery on a quantum computer
Qubit Pharmaceuticals（量子制药）；Q-CTRL；Sorbonne Université（索邦大学）
本研究利用量子计算解决蛋白质口袋水合位预测问题，通过混合经典与量子方法在NISQ硬件上实现高精度结果，为药物发现提供新的计算工具。
2025-12-11 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Spectroscopy, Dynamics and Hydration of S-Nitrosylated Myoglobin
S-亚硝基化，即NO共价加成到半胱氨酸的巯基侧链上，是一种重要的后过渡修饰，可以改变各种蛋白质的功能。研究了甲基封端的半胱氨酸模型体系和肌红蛋白在凝聚相中S-亚硝基化的结构动力学和振动光谱。使用传统的点电荷和物理上更现实的多极力场的-SNO组，它被发现，SN-和NO-拉伸和SNO-弯曲振动可以定位和区分从其他蛋白质模式的模拟MbSNO在50 K。稳定的顺式-和反式-MbSNO的发现与对其他蛋白质的实验一致，正如对掩埋的-SNO的观察一样。对于MbSNO，在$\sim 3$的模拟中观察到的EF环的重新定位与可用的X射线结构一致，并且-SNO标记所采用的构象与X射线结构具有良好的总体一致性。尽管-SNO基团的尺寸较大，但由于更强的静电，发现MbSNO在修饰位点的10 μ π ι内比WT Mb募集更多的水分子。类似地，当比较A-和H-螺旋之间的水合时，它们在WT和MbSNO之间相差高达30%。这表明局部水合作用也可以通过亚硝基化进行显著调节。
2020-11-30 physics.bio-ph physics.chem-ph
Long-Range Interactions Dominate the Inverse-Temperature Dependence of Polypeptide Hydration Free Energies
直接，全原子计算的自由能水溶液的十丙氨酸结构-整体上包括骨干和侧链相互作用在一起-表明，有吸引力的相互作用和热膨胀的溶剂解释的逆温度签名，已被解释为有利于传统的疏水机制稳定的结构和功能的可溶性蛋白质。
2019-01-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Conditional solvation of isoleucine in model extended and helical peptides: context dependence of hydrophobic hydration and the failure of the group-transfer model
GXG三肽相对于参比GGG的水合热力学通常用于定义X的条件水合贡献。这个量或侧链的小分子类似物的水合热力学或这些估计的一些组合已经锚定了对蛋白质稳定性和折叠的开创性实验的解释。我们表明，这种程序来模拟蛋白质水化有显着的局限性。我们研究了异亮氨酸侧链在扩展的五肽和螺旋十肽的条件水合热力学，适当地使用扩展的五甘氨酸或适当的螺旋十肽作为参考。丁烷的水合作用为侧链提供了一个小分子参考。我们使用准化学理论解析的水化热力学化学，包装，和远程相互作用的贡献。化学贡献反映了溶质的定义的内壳层内的溶剂聚类的贡献; g-丁烷的化学贡献比异亮氨酸的条件化学贡献实质上更负。填充贡献给出了在溶剂中产生空腔所需的功，这是理解疏水水合作用的一个感兴趣的量。g-丁烷的堆积贡献大大高估了异亮氨酸的条件堆积。这种补偿贡献的净值仍然与异亮氨酸的条件自由能不一致，但幅度较小。正丁烷模型的过量水化焓和熵也比侧链的相应条件量更负。在描述螺旋肽中异亮氨酸的条件溶剂化时，GGIGG中异亮氨酸的条件溶剂化也证明是不令人满意的。
2013-11-05 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Effect of hydrogen bonds on protein stability
冷变性和压力变性的机制是有争议的问题。一些模型提出，当变性发生时，在水合水分子之间形成更多的氢键。其他模型确定了表面水密度波动的原因，或者由于蛋白质内部水分子的位移而导致疏水接触的不稳定，如提出的高压。然而，很明显，水在这一过程中发挥着重要作用。在这里，我们回顾了一些模型，已经提出了深入了解这个问题。接下来，我们描述了一个粗粒度的水单层模型，成功地再现了水的复杂的热力学和比较以及在低水合水平的蛋白质实验。我们介绍了它的推广均聚物与水单分子层接触，并研究它的蒙特卡罗模拟。我们的目标是在理解水和界面氢键的协同性的相互作用如何影响蛋白质稳定性和展开的方向上迈出一步。
2010-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Urea-Mediated Solvent Reorganization of Bovine Serum Albumin in an Acid-Induced Expanded Conformation at pH 3.7
Institute of Physics of Liquids and Biological Systems (IFLYSIB), CONICET（液体与生物系统物理研究所 (IFLYSIB)，阿根廷国家科学研究委员会）
研究尿素如何通过分子动力学模拟影响牛血清白蛋白的结构稳定性，揭示尿素在不同浓度下对蛋白质水合壳层的脱水/再水合机制及二级结构的保护作用。
2026-07-16 physics.bio-ph
A Low-temperature 1H NMR Study of H2O and D2O Associated Competitively with Immunoglobulin G in Solution
本文提出了一种利用低温1H NMR技术测定H2O-D2 O混合蛋白质溶液中不冻水的方法，来表征D2 O的竞争缔合作用，并研究免疫球蛋白G吸附的水化水的不均一性。直接数据的数量的氘吸附的免疫球蛋白G和等温线的水（D2 O）吸附的蛋白质溶液水合条件下获得。使用该方法简单地证实了D2 O的优先结合以及低D2 O浓度的同位素效应。的等温线的形状，类似于多分子吸附，演示了在冷冻溶液中的温度降低时，结合到不同的蛋白质原子组的重水同位素的分数的相对变化。在-35 ° C下，连接到带电和极性原子基团的主要部分似乎相关为2/3。吸附曲线表明，蛋白质粉中的非冻结水与界面水有直接关系。
2007-10-01 physics.bio-ph physics.gen-ph
Molecular Dynamics Simulations of Cytochrome c un-folding in AOT Reverse Micelles: the first steps
本文用分子动力学模拟研究了马细胞色素c在反胶束中的还原态。在Wo = [H2O]/[AOT] = 5.5和9.1的水含量下构建两种尺寸的RM。我们的研究结果表明，蛋白质的二级结构和血红素构象都依赖于胶束水化。在低水合作用下，蛋白质结构和血红素部分保持稳定，而在高水含量下，蛋白质变得不稳定并开始展开。在Wo = 9.1时，根据X射线结构，构象变化主要集中在蛋白质环和血红素部分周围，在那里我们观察到血红素裂隙的部分开放。这些研究结果表明，在我们的时间窗口（10 ns）内，在血红素水平上观察到的结构变化是蛋白质变性过程的第一步，在胶束溶液中进行实验描述。此外，AOT分子的特异性结合的几个赖氨酸残基的蛋白质被发现只有在小尺寸RM。
2009-11-26 physics.bio-ph q-bio.BM
Electrostatic fluctuations promote the dynamical transition in proteins
水合蛋白质的原子位移在低温下由声子振动主导，在高温下由耗散大振幅运动主导。这两种状态之间的交叉被称为动态过渡。最近的实验表明水合蛋白质的动态转变和介电响应之间的连接。我们分析了蛋白质原子运动与蛋白质-水界面耦合的两种机制。第一种机制认为粘弹性变化的全球形状的蛋白质增塑其耦合到水化壳。第二种机制涉及通过静电涨落调节蛋白质内部部分电荷的运动。该模型被用来分析穆斯堡尔谱报告的高铁肌红蛋白的铁的均方位移。我们表明，血红素铁在生理温度下的高灵活性是由静电波动。两个发作，一个所产生的粘弹性响应和第二从静电波动，被认为是在温度依赖性的均方位移时，相应的弛豫时间进入仪器分辨率窗口。
2010-11-03 physics.bio-ph
Hydrophobic Effects on a Molecular Scale
一种理论方法被开发来量化疏水水化和分子尺度上的相互作用，与深入了解疏水效应的分子起源的目标。该模型的基础上的空腔形成的概率在散装水分子尺度的密度波动，和最简单的疏水性溶质，硬颗粒的水合自由能之间的基本关系。这种概率估计使用信息理论（IT）的方法，结合实验可用的散装水的属性-密度和径向分布函数。IT方法再现了最简单的疏水效应：球形非极性溶质的水合作用，甲烷分子之间的平均力的潜力，以及溶剂对丁烷扭转平衡的贡献。这种方法的应用研究温度和压力的影响提供了新的见解的热力学和动力学的蛋白质折叠。IT模型与蛋白质展开实验中观察到的疏水熵收敛到水的宏观等温可压缩性。压力变性的蛋白质的一个新的解释如下从疏水聚集体的压力稳定性的分析，表明水渗透在高压下的蛋白质的疏水核心。这解决了一个长期存在的难题，即压力变性是否与蛋白质稳定性的疏水核心模型相矛盾。最后，在最近开发的微扰理论方法的背景下，讨论了大分子非极性溶质的“去湿”问题。
1998-09-18 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio
Combination of genetic crossover and replica-exchange method for conformational search of protein systems
将遗传算法中的遗传交叉操作与复制交换方法相结合，用于并行分子动力学模拟。遗传交叉和复制交换方法通过交换蛋白质构象间的对应部分来搜索全局构象空间。在这项研究中，我们将这种方法应用到一个$α$ -螺旋蛋白，色氨酸笼迷你蛋白，它有20个氨基酸残基。从模拟得到的构象与实验结果吻合得很好。
2015-05-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
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
A Conformational Search Method for Protein Systems Using Genetic Crossover and Metropolis Criterion
许多蛋白质通过形成特有的三级结构来实现其生物学功能。因此，通过分子模拟寻找蛋白质的稳定态对于理解蛋白质的功能和稳定性具有重要意义。然而，通过构象搜索获得稳定状态是困难的，因为系统的能量景观的特征在于许多局部极小值被高能量障碍分隔开。为了克服这个困难，已经提出了各种蛋白质构象的采样和优化方法。在这项研究中，我们提出了一种新的构象搜索方法，利用遗传交叉和Metropolis准则的蛋白质。我们将这种方法应用于$α$ -螺旋蛋白。从模拟得到的构象与实验结果吻合得很好。
2015-05-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
How does the first water shell fold proteins so fast ?
第一层水合壳和本体溶剂在蛋白质的折叠中起着至关重要的作用。在这里，水在蛋白质动力学中的作用已经使用理论蛋白质溶剂模型和统计物理方法进行了研究。我们制定了一个水化模型，其中属于蛋白质构象的第一壳层的水分子之间的氢键可能主要形成或断裂。在热平衡下，氢键在低温下形成，在高温下断裂。为了探索溶剂效应，我们使用主方程演化来跟踪大样本蛋白质链的折叠。动力学显示了一个明确的机制。在玻璃化转变温度以上，大比例的链非常迅速地折叠成天然结构，而与温度无关，遵循高转变速率的途径通过被具有断裂氢键的溶剂包围的结构。虽然这些状态有一个无穷小的概率，他们作为强大的动力学吸引子和快速折叠的收益沿着这些路线，而不是路径之间的过渡率小的配置高得多的平衡概率。在给定的低温下，观察到折叠时间的大幅跳跃。低于此玻璃化温度，氢键主要形成的路径成为那些最高的速率，虽然与巨大的弛豫时间的构象变化。研究结果表明，褶皱遵循双漏斗机制。
2011-01-28 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Molecular Mechanisms Underlying the Effects of Urea and the Structural Dynamics of Bovine Serum Albumin
本文通过分子动力学模拟研究0-5 M尿素对牛血清白蛋白结构稳定性的影响，揭示尿素诱导脱水/再水化循环及浓度依赖的蛋白质-尿素相互作用变化，为理解蛋白质变性机制提供新见解。
2025-07-22 physics.bio-ph
Subdiffusive-Brownian crossover in membrane proteins: a Generalized Langevin Equation-based approach
在本文中，我们提出了一个广义朗之万方程（GLE）为基础的模型来描述蛋白质在脂双层的横向扩散。记忆内核表示的粘性（瞬时）和弹性（非瞬时）组件分别通过狄拉克δ函数和三参数Mittag-Leffler型函数建模。通过施加一个特定的三参数Mittag-Leffler函数的参数之间的关系，不同的动力学制度，即弹道，subdiffusive和布朗，以及交叉从一个政权到另一个，检索。在这种方法中，从弹道的subdiffusive政权的过渡时间和弛豫时间的分布的subdiffusive到布朗政权的过渡。通过比较均方位移（MSD）和分子动力学（MD）模拟计算的蛋白质在膜中扩散的MSD，验证了模型的可靠性.
2021-08-10 cond-mat.soft physics.bio-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
Water at interface with proteins
水对蛋白质的活性是必不可少的。然而，水的性质对蛋白质行为的影响只被部分理解。最近，一些实验研究了水化水的动力学和蛋白质的动力学之间的关系。这些作品产生了大量的数据，其解释有争议。新的实验测量了低温下蛋白质表面水的动力学，发现了一种可能与蛋白质活性（蛋白质玻璃化转变）的减缓和停止有关的质变（交叉），这可能与低温下有机材料的安全保存有关。为了更好地理解实验数据，讨论了几种情况。在这里，我们回顾这些实验，并讨论它们的解释与水的异常性质。我们总结了过冷水在界面处的热力学和动力学的结果。我们还考虑了水对蛋白质稳定性的影响，通过蒙特卡罗模拟和理论计算，在理解的方向上迈出了一步，水协同性和氢键界面强化的相互作用如何影响蛋白质冷变性。
2010-12-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrophobic hydration driven self-assembly of Curcumin in water: Similarities to nucleation and growth under large metastability, and an analysis of water dynamics at heterogeneous surfaces
由于姜黄素的有益作用经常被报道限于其小浓度，我们进行了一项研究，通过改变单体的数量来发现姜黄素在水中的聚集特性。我们的分子动力学模拟结果表明，当我们改变姜黄素单体的数量从4到16单体的平衡结构总是一个显着的结构重排的聚集态。我们发现姜黄素单体以非常明确的模式形成簇，其中它们倾向于以苯环的平行和反平行取向聚集，这通常见于蛋白质中β-折叠的形成。随着系统大小从12个增加到16个姜黄素单体，观察到平行排列的群体有相当大的增强。由于大系统尺寸的这种平行排列的普遍性，形成具有最大数量的疏水接触的更紧密堆积的簇。我们还遵循集群增长的途径，特别是从最初的隔离到最终的聚集状态的过渡。我们发现存在一个亚稳态的结构中间体，涉及一些中等大小的集群分散在解决方案中。聚集过程与高度亚稳态下的成核和生长过程相似。最终的聚集形式保持稳定，从其隔离的疏水核中完全排除水。我们还调查了集群表面附近的水结构以及它们的取向。我们发现，水分子形成一个扭曲的四面体的几何形状在第一溶剂化层的簇，强烈的相互作用与亲水基团在姜黄素的表面。姜黄素簇表面附近的这种准结合水分子的动力学比本体慢得多，这表明在蛋白质水化层中经常发现的受限运动。
2014-06-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
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
Water Dynamics around T0 vs. R4 of Hemoglobin from Local Hydrophobicity Analysis
基于分子动力学模拟，分析了四聚体血红蛋白在其T $_0$和R $_4$构象亚态下的局部水合作用。在$α_1 β_2$和$α_2 β_1$接口，负责四元T $\rightarrow$ R过渡，这是编码在MWC模型，以及与早期计算的溶剂可及表面积（SASA）的比较，所有残基的局部疏水性（LH）的分析，清楚地表明，这两个数量测量水合的不同方面。局部疏水性量化了水分子在界面处的存在和结构，而"埋面“报告了溶剂的可用空间。对于Hb冻结在T $_0$和R $_4$状态的模拟，LH与埋藏表面之间的相关系数分别为0.36和0.44，但如果使用95%的置信区间，则显著增加。Hb冷冻和柔性的LH对于界面处的大多数残基几乎没有变化，但对于少数选定的残基，即Thr 41 $α$、Tyr 42 $α$、Tyr 140 $α$、Trp 37 $β$、Glu 101 $β$（对于T $_0$）和Thr 38 $α$、Tyr 42 $α$、Tyr 140 $α$（对于R $_4$），有显著改变。发现在界面处的水分子的数量增加了$\sim 25$ \%，对于T $_0$ $\rightarrow$ R $_4$，这与早期的测量一致。由于水合作用对蛋白质功能至关重要，因此很明显水合作用在变构中也起着重要作用。
2022-12-08 physics.bio-ph physics.chem-ph
Internal water and microsecond dynamics in myoglobin
肌红蛋白（Mb）结合双原子配体，如O $_2$、CO和NO，在一个只能短暂进入的空腔中。晶体学和分子模拟表明，配体可以通过广泛的网络迁移的瞬时连接的空腔，但不同意的位置和占用的内部水合位点。在这里，我们使用水$^2$ H和$^{17}$ O磁弛豫色散（MRD）来表征在生理条件下Mb内部的水分子。我们发现马的Mb含有4.5个$\pm$ 1.0有序的内部水分子，在25 $^\circ$ C下的平均存活时间为5.6 $\pm$ 0.5 $μ$ s。这些水分子的可能位置是四个极性水合位点，包括一个氙结合腔，这些位点在马Mb的所有高分辨率晶体结构中都被完全占据。水从这些位于蛋白质中17 - 31个碱基之间的位点逃逸的发现，在相同的$μ$的时间尺度上表明了一种全球交换机制。我们建议，这种机制涉及瞬时渗透的蛋白质的H-键合水链。这种机制可以通过消除捕获的配体发挥功能性作用。此外，MRD结果表明，马Mb的11个组氨酸残基中有2个或3个在$μ$ s时间尺度上进行分子内氢交换。
2013-11-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Relaxation dynamics of a protein solution investigated by dielectric spectroscopy
在目前的工作中，我们提供了两个不同浓度的溶菌酶水溶液的介电研究的频率范围从1 MHz到40 GHz和温度从275到330 K。我们分析了三个分散区，通常发现在蛋白质溶液中，通常被称为β-，γ-和δ-松弛。β-弛豫，发生在频率范围约10 MHz和γ-弛豫约20 GHz（在室温下），可以归因于极性蛋白质分子在其水介质中的旋转和自由水分子的重新取向运动，分别。δ松弛的本质，这往往是归因于结合水分子的运动，尚未完全理解。在这里，我们提供的数据的弛豫时间和弛豫强度的所有三个检测过程的温度依赖性和离子电荷传输所产生的直流电导率。β-和γ-弛豫的温度依赖性密切相关。我们发现了一个显着的温度依赖性的蛋白质的偶极矩，表明构象的变化。此外，我们发现在这种蛋白质溶液中Debye-Stokes-Einstein关系的破裂，即，DC电导率不完全由溶剂分子的迁移率控制。相反，它似乎是直流电导率密切相关的水化壳动力学。
2012-02-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
4D Liquid-phase Electron Microscopy of Ferritin by Brownian Single Particle Analysis
蛋白质的功能和活性是其三维结构的结果。低温电子显微照片的单粒子分析从根本上改变了结构生物学，允许几乎任何类型的蛋白质的原子重建。虽然这种方法提供了可以与功能相关的三维结构信息的快照，但蛋白质结构生物学的新前沿是第四维，时间。在这里，我们建议使用液相电子显微镜，以扩大结构生物学的动态研究。我们在这里应用单粒子分析算法的布朗运动通过时间的蛋白质的图像;因此，布朗单粒子分析（BSPA）。BSPA能够将采集时间从冷冻EM中的数小时缩短到数秒，并获得有关构象变化、水合动力学和热波动影响的信息。BSPA提供了所有这些以前被忽视的方面，可能会导致一个新领域的边缘：动态结构生物学。
2019-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Redox Entropy of Plastocyanin: Developing a Microscopic View of Mesoscopic Polar Solvation
我们报告的应用程序的分析形式主义和分子动力学（MD）模拟计算氧化还原熵的质体蓝素金属蛋白在水溶液中。我们分析的目标是建立描述介观尺度下极性溶剂化所需的理论的关键组成部分。分析技术包括基于溶剂偶极取向和密度的结构因素的微观形式主义和连续介质理论。微观理论采用的蛋白质的原子结构与力场原子电荷和溶剂的结构因素，从单独的MD模拟的均匀溶剂。分子动力学模拟给出了280- 310 K温度范围内电子转移的溶剂化自由能和重组能的线性响应。我们发现，连续介质模型普遍低估溶剂化熵，和一个更有利的协议之间的微观计算和MD模拟报告。模拟的分析还表明，标准形式主义扩展到蛋白质溶剂化的困难与溶剂化壳层的不均匀结构在蛋白质-水界面结合的高度结构化的水周围的电离残留物的岛屿，以及部分去湿的疏水补丁。蛋白质静电水合的定量理论需要考虑蛋白质-水界面处水的真实密度分布。
2007-11-02 physics.bio-ph physics.chem-ph
Coherent X-ray Scattering Reveals Nanoscale Fluctuations in Hydrated Proteins
本文利用X射线光子关联光谱研究水合溶菌酶在深度过冷区的纳米尺度应力弛豫，发现弛豫时间遵循Arrhenius温度依赖，并在T=227 K处出现KWW指数最小值，揭示了动力学异质性与时空涨落增强的关联机制。
2023-01-26 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Confinement effects on protein stability in a freezing water environment
University of Pamplona（潘普洛纳大学）；Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (CONICET-UNLP)（液体与生物系统物理研究所 (CONICET-UNLP)）；Universidad Nacional Arturo Jauretche（阿图罗·豪雷切国立大学）；Universidad Nacional de La Plata（拉普拉塔国立大学）；Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional La Plata（国家技术大学，拉普拉塔地区学院）
研究蛋白质在冷冻水环境中的行为，用分子动力学模拟，通过验证液固转变、主成分分析等揭示冰形成对蛋白质构象空间的影响及水结构对蛋白质稳定性的作用。
2026-07-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Hydrophobic homopolymer's coil-globule transition and adsorption onto a hydrophobic surface under different conditions
研究使用蒙特卡洛粗粒化模型模拟疏水性均聚物在疏水表面附近的线团-球体转变与吸附，发现狭缝孔限制增强链的展开与吸附，水合水根据热力学参数调节该行为，为无结构蛋白响应外部刺激提供分子机制见解。
2023-06-27 cond-mat.soft physics.bio-ph
Target search on a dynamic DNA molecule
我们研究了一个适用于体外实验的具有显式DNA动力学的蛋白质-DNA靶标搜索模型。我们表明，DNA动力学发挥了至关重要的作用，蛋白质的有效性之间的“跳跃”的网站远离沿DNA轮廓，但关闭在3D空间。一个强结合的蛋白质，搜索一维滑动和跳跃单独，探索搜索空间冗余少时，DNA动力学是快速的蛋白质跳跃的时间尺度比在相反的“冻结DNA”的限制。我们使用模拟和标度理论来描述这些限制之间的交叉。我们还合理化的缓慢探索在冻结的限制作为一个微妙的相互作用之间的长跳跃和长捕获时间的蛋白质在“岛屿”内的随机DNA配置在解决方案。
2011-09-14 physics.bio-ph q-bio.BM
The impact of hydrodynamic interactions on protein folding rates depends on temperature
我们研究了流体动力学相互作用（HI）对蛋白质折叠的影响，使用粗粒度模型。流体动力学相互作用的影响程度，无论是加速，延缓，或对蛋白质折叠没有影响，一直存在争议。结合蛋白质折叠的能量景观理论（ELT）的理论框架（该理论框架描述了跨越折叠屏障的单个反应坐标的集体运动的动力学），我们比较了HI对两种蛋白质模型的折叠速率的动力学影响，这两种蛋白质模型使用具有独特拓扑结构的单珠链：64个残基的α/β胰凝乳蛋白酶抑制剂2（CI 2）蛋白和57个残基的β-桶α-血影蛋白src-同源物3结构域（SH 3）蛋白。当比较HI存在和不存在时的蛋白质折叠动力学时，我们发现HI对蛋白质折叠的影响似乎具有关于折叠温度的交叉行为。这意味着在高于折叠温度的温度下，未折叠构型中的珠粒之间的流体动力学溶剂的摩擦增强导致折叠速率降低;相反，在低于折叠温度的温度下，HI通过溶剂朝向天然折叠状态的回流加速折叠。此外，加速的程度取决于蛋白质的拓扑结构：对于像Cl 2这样的蛋白质，其中其折叠核在过渡状态下相当分散，HI通过有利于复杂自由能景观中的主要折叠途径来引导接触的形成，从而加速折叠。对于像SH 3这样的蛋白质，其折叠核已经是特异性的并且不太扩散，HI在低于折叠温度的温度下不太重要。我们的研究结果为蛋白质折叠动力学实验和模拟提供了进一步的理论依据。
2017-12-12 physics.bio-ph q-bio.BM
Multisecond ligand dissociation dynamics from atomistic simulations
粗粒化的全原子分子动力学模拟是一个长期的目标，以允许生物相关的时间尺度上发生的过程的描述。例如，预测蛋白质-配体解结合的途径、速率和限速步骤对于现代药物发现至关重要。为了实现增强的采样，我们首先进行耗散校正有针对性的分子动力学模拟，产生自由能和摩擦的考虑中的分子过程的配置文件。在第二步中，我们使用这些领域进行温度提升朗之万模拟，占所需的分子动力学发生在多秒的时间尺度和超越。采用溶剂化氯化钠以及胰蛋白酶-苯甲脒和Hsp 90-抑制剂蛋白-配体复合物的解离作为测试问题，我们能够重现从分子动力学模拟和实验的速率在2-20倍，和解离常数在1-4倍。的摩擦配置文件的分析表明，绑定和未绑定的动态介导的周围的水化壳在所有调查系统的变化。
2020-06-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Run-and-pause dynamics of cytoskeletal motor proteins
细胞骨架马达蛋白参与主要的细胞内转运过程，这对于维持适当的细胞功能至关重要。电机表现出不同的运动状态：沿细丝的主动运动，和有效的固定相，其中它从细丝分离，并在附近的分离点由于细胞质拥挤进行被动扩散。运动阶段和暂停阶段之间的转换率一般是不对称的，并且受到环境条件变化的很大影响，环境条件的变化会影响货物交付到特定目标的效率。通过考虑分子马达在单纤维上的运动以及动态纤维网络，我们提出了一个分析模型的自推进粒子的动力学经历频繁的暂停阶段。运动持续性，丝状网络的结构特性和运动的两种状态之间的过渡速率之间的相互作用急剧改变了动力学：不同类型的异常扩散动力学之间的多个过渡发生和交叉时间的渐近扩散或弹道运动变化了几个数量级。我们绘制出的过渡率的空间中的相图，并解决所产生的动力学运动的初始条件的作用。
2016-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
