Encapsulation of a polymer by an icosahedral virus
许多病毒的外壳蛋白自发地在核酸或其他聚合物周围形成二十面体衣壳。阐明包装的聚合物在衣壳形成中的作用可以促进生物医学工作,以阻止病毒复制,并使衣壳能够用于纳米材料应用。为此,我们执行布朗动力学的粗粒度模型,描述了二十面体衣壳组装周围的柔性聚合物的动力学。我们确定了几种机制,聚合物在其封装中发挥积极作用,包括合作的聚合物-蛋白质运动。这些机制与实验可控参数有关,如聚合物长度、蛋白质浓度和溶液条件。此外,模拟表明,组装机制与封装效率相关,我们提出了一个相图,预测组装结果作为实验参数的函数。我们预计,我们的模拟结果将提供一个框架,设计在体外组装实验的单链RNA病毒衣壳。
2010-09-20 q-bio.BM
Poly-Sarcosine and Poly(ethylene-glycol) interactions with proteins investigated using molecular dynamics simulations
用亲水性聚合物涂覆的纳米颗粒通常显示出与生物环境的非特异性相互作用的减少,这改善了它们的生物相容性。这种减少的分子决定因素还不是很清楚,他们的知识可能有助于改进纳米颗粒的设计。在这里,我们地址,使用分子动力学模拟,人血清白蛋白,最丰富的血清蛋白,与两个有前途的亲水性聚合物用于治疗纳米粒子,聚(乙二醇)和聚肌氨酸的涂层的相互作用。通过模拟浸入在聚合物-水混合物中的蛋白质,我们表明,这两种聚合物对蛋白质表面具有非常相似的亲和力,无论是在吸附的聚合物的量方面,还是在主要参与相互作用的氨基酸的类型方面。我们进一步分析了吸附动力学以及它如何影响聚合物构象。在吸附层的厚度方面观察到聚合物之间的微小差异,这与两种分子的不同程度的柔性有关。相比之下,聚丙氨酸,聚肌氨酸的异构体,已知的自聚集和诱导蛋白质聚集,显示出显着更大的亲和性的蛋白质表面比PEG和PSar,我们表明是相关的不是一个不同的模式与蛋白质表面的相互作用,但不同的方式的聚合物与水的相互作用。
2018-10-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A Topological Framework for the Computation of the HOMFLY Polynomial and Its Application to Proteins
聚合物可以被建模为开放的多边形路径,它们的闭合会生成结。结蛋白的检测目前是通过高通量的方法,基于一个共同的框架不敏感的结的手性。在这里,我们提出了一个拓扑框架的HOMFLY多项式,一个handedness敏感的不变的计算。我们的方法耦合多分量减少计划与多项式计算。在对列表结和链接进行验证后,将该框架应用于整个蛋白质数据库以及一组选定的拓扑检查,这些检查允许丢弃人工纠缠的结构。这导致了一个最新的打结蛋白质表,其中还包括两个新发现的右手三叶结在最近沉积的蛋白质结构。我们的框架的应用范围不限于蛋白质,它可以扩展到生物和合成聚合物的拓扑分析,更一般地任意多边形路径。
2011-04-18 q-bio.BM
Long range correlations and folding angle in polymers with applications to α-helical proteins
线性聚合物的构象复杂性远远超过点状原子和分子。聚合物可以弯曲,扭曲,甚至打结。因此,它们也可以显示比点粒子丰富得多的相结构。但是表征聚合物的相并不容易。本质上,唯一的属性是回转半径。当聚合度变得不同时它如何变化的方式,以及当环境温度和溶剂性质改变时它如何演变,揭示了聚合物的相。此外,在任何有限长度的链中,存在对标度的校正,这使得相结构的详细分析复杂化。在这里,我们引入了一个量,我们称之为折叠角,一种新的工具,以确定和审查相的聚合物。我们认为它的值和那些在回转半径的标度指数之间的平均场关系。但是,与回转半径的情况不同,折叠角的值可以从单个结构来评估。作为一个例子,我们在蛋白质数据库(PDB)中估计了晶体学α-螺旋蛋白质结构的折叠角值。我们还展示了如何使用α-螺旋手性均聚物的理论模型数值计算的值。
2013-06-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Towards monitoring conformational changes of the GPCR neurotensin receptor 1 by single-molecule FRET
神经降压素受体1(NTSR 1)是一种G蛋白偶联受体,对大脑和肠道中的信号传导很重要。其激动剂配体神经降压素(NTS)是一种13个氨基酸的肽,以纳摩尔亲和力从细胞外侧与NTSR 1结合,并诱导引发细胞内信号传导过程的构象变化。我们的目标是监测单荧光标记NTSR 1的构象动力学。为此,我们将荧光蛋白mNeonGreen融合到NTSR 1的C端,从大肠杆菌中纯化受体融合蛋白。coli膜构建脂质体,用E.大肠杆菌极性脂质。使用单分子各向异性测量,NTSR1被发现是单体的脂质体,与一小部分是二聚体和寡聚体,显示homoFRET。对于NTSR 1在洗涤剂溶液中获得了类似的结果。此外,我们证明了激动剂结合NTSR 1的时间分辨单分子Förster共振能量转移(smFRET),使用神经降压素标记的荧光团ATTO 594。
2018-01-28 q-bio.BM
Inhibiting amyloid-like aggregation through bio-conjugation of proteins with polymer surfactant
防止蛋白质聚集并因此稳定蛋白质具有很大的生物学和生物技术意义。在这里,我们表明,抑制淀粉样聚集体是可能的化学计量共轭聚合物表面活性剂和牛血清白蛋白(BSA)选择作为模型蛋白。我们使用硫磺素-T的荧光光谱,动态光散射和FTIR光谱的聚合物表面活性剂改性和未改性(本地)BSA溶液中的聚集行为相结合的调查。BSA-聚合物表面活性剂缀合物在聚集条件下稳定长达5天,而天然BSA形成淀粉样蛋白纤维状结构。此外,使用热处理的100至200 μM天然BSA聚集体进行的基于DLS的微观流变学研究提供了在非常大的频率范围内(达到MHz)的平衡弹性和粘性模量的理解,这是使用本体流变学无法达到的。我们的研究结果表明,经过6天的聚集条件,弹性模量显示值在1.2至3.6帕之间,对应于105纳米的缠结长度(λ)。有趣的是,在塑料Eppendorf中将200 μM天然BSA溶液在65 ℃下加热2天,得到自立膜。这些薄膜表现出强ThT-荧光强度和一个主要的\b{eta} -片层二级结构的FTIR研究,这表明,自立的微观结构导致分级自组装的淀粉样蛋白原纤维。
2020-05-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Protein accumulation in the endoplasmic reticulum as a non-equilibrium phase transition
几种神经系统疾病与异常蛋白质的聚集有关,通常定位于细胞内细胞器如内质网。在这里,我们研究蛋白质聚集动力学的平均场反应和三维蒙特卡罗模拟的线性聚合物的扩散限制聚集在一个有限的空间,代表内质网。通过调整蛋白质的生产和降解速率,我们表明,该系统经历了一个非平衡相变,从生理阶段很少或没有聚合物积累的病理阶段,其特征在于持久的聚合。因此,在患者的一生中积累的外部因素的组合可以轻微地改变相变控制参数,使平衡从长时间的无延迟滞后期向加速的病理发展倾斜。该模型可成功用于解释淀粉样蛋白- \b{eta}从中枢神经系统清除的实验数据。
2014-04-15 q-bio.BM q-bio.NC
Effective model of protein--mediated interactions in chromatin
本研究通过分子动力学模拟,提出一个有效模型描述染色质中蛋白质介导的相互作用,区分平衡与非平衡态,并揭示聚合物局部团块等新现象,有助于理解染色质结构机制。
2024-03-20 cond-mat.soft q-bio.BM
Directed motion emerging from two coupled random processes: Translocation of a chain through a membrane nanopore driven by binding proteins
我们调查易位的刚性聚合物组成的M单体通过纳米孔在膜中,在存在的结合颗粒(分子伴侣),结合到聚合物上,并部分地防止通过孔的聚合物的回滑。该过程的特征在于速率:k为聚合物通过孔进行扩散跳跃,q为分子伴侣的解结合,以及速率q kappa为结合(结合强度kappa);除了无结合kappa=0的情况外,分子伴侣的存在产生驱动易位过程的有效力。基于一个(2+1)变量主方程,我们详细研究了结合蛋白的扩散移位和(部分)整流的耦合动力学。特别是,我们计算的平均易位时间作为各种物理参数的函数。
2005-08-21 cond-mat.soft q-bio.BM
Quinary lattice model of secondary structures of polymers
在晶格蛋白质的标准方法中,使用基于最近邻相互作用的模型。在这类模型中,很难解释蛋白质链的特殊优选构象--二级结构的存在。本文提出了一种新的基于非局部协同作用的蛋白质格点模型。在这个模型中,聚合物的构象能量等于长度为5的聚合物链的片段的构象能量之和。结果表明,这个五元晶格模型是能够描述在定性水平的蛋白质二级结构:对于这个模型的所有构象具有最小的能量是α-螺旋和β-链晶格模型的组合。此外,对于长度不超过38个单体的晶格聚合物,我们可以用最小的能量描述所有的构象。
2013-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Unraveling the beautiful complexity of simple lattice model polymers and proteins using Wang-Landau sampling
我们描述了一类“裸骨”模型的均聚物进行线圈小球崩溃和蛋白质折叠成其天然状态在自由空间或到变性状态时,被捕获的有吸引力的基板温度降低。然后,我们将展示如何使用一个适当选择的审判移动设置,王朗道蒙特卡罗采样可以用来研究这些有趣的简单系统的粗糙的自由能景观和地面(本地)状态,从而阐明其热力学的复杂性。
2013-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamic density functional theory of protein adsorption on polymer-coated nanoparticles
基于动态密度泛函理论(DDFT),提出了一个描述球形蛋白质在荷电核壳微凝胶颗粒上吸附动力学的理论模型。该模型建立在蛋白质吸附热力学的先前描述[Yigit \textit{et al},Langmuir 28(2012)]的基础上,其显示出很好地解释了结合等温线的可用量热实验数据。在实践中,一个空间依赖的自由能功能,包括相同的物理相互作用的建立,并用于研究通过广义扩散方程的动力学。为了测试这个模型,我们将其应用到溶菌酶吸附在PNIPAM包覆的纳米粒子的案例研究,并表明DDFT内获得的动力学是一致的,从实验中推断。我们还进行了系统的研究,在我们的模型中的各种参数的影响,并调查作为蛋白质的价和疏水吸附能,以及它们的浓度和纳米粒子的函数的加载动力学。虽然我们集中在这里的情况下,吸附为一个单一的蛋白质类型,该模型的一般性允许研究多组分系统,提供了一个可靠的工具,为未来的研究竞争和合作的吸附效应经常遇到的蛋白质吸附实验。
2014-07-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Excluded volume, local structural cooperativity,and the polymer physics of protein folding rates
一个粗粒度的变分模型被用来研究不同的一组两态折叠蛋白质的障碍交叉的聚合物动力学。该模型给出了可靠的折叠速率预测排除体积项,诱导轻微的结构协同性包括在相互作用潜力。一般而言,合作折叠路线具有折叠核的折叠和未折叠区域之间的更尖锐的界面和更高的自由能势垒。计算出的自由能势垒与本机拓扑结构的特点是接触顺序密切相关。增加折叠核的刚性改变了过渡态系综的局部结构,在所研究的蛋白质组中不均匀。尽管如此,计算出的前因子k 0被发现是相对均匀的蛋白质集,1/k 0的变化小于5倍。这种直接的计算证明了一个共同的假设,即前因子是大致相同的所有小的双态折叠蛋白质。利用模型得到的势垒高度和最佳拟合单体弛豫时间30 ns,我们发现1/k 0(1-5)us(平均1/k 0 4us)。这个模型可以扩展到研究折叠的微妙方面,如稳定性或溶剂粘度的变化的折叠速率,和下坡折叠的开始。
2007-06-01 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
DNA-Protein Binding Rates: Bending Fluctuation and Hydrodynamic Coupling Effects
我们研究扩散粒子和半柔性聚合物上的靶位点之间的扩散限制反应,这是决定DNA-蛋白质结合和细胞骨架丝聚合动力学的关键因素。我们的理论集中在两个竞争的影响:聚合物的形状波动,这加快协会,和扩散颗粒和链之间的流体动力学耦合,这减慢协会。聚合物弯曲波动使用平均场动力学理论,而聚合物和颗粒之间的流体动力学耦合是通过一个简单的启发式近似。这两个我们验证通过比较与布朗动力学模拟。这两种效应都没有得到充分考虑之前在生物物理方面,我们表明,他们是必要的,以形成准确的估计反应过程。缔合速率取决于聚合物的刚度和颗粒尺寸,表现出最大的中间持久长度和最小的中间颗粒半径。在与DNA-蛋白质结合相关的参数范围内,与简单质心运动的Smoluchowski结果相比,速率增加高达100%。理论所作的定量预测可以通过实验来检验。
2010-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Conformational Heterogeneity and FRET Data Interpretation for Dimensions of Unfolded Proteins
一个数学物理上有效的配方是需要从单分子Förster共振能量转移(smFRET)来推断无序蛋白质构象的性质。传统的方法假定一个均匀的构象系综推断的构象尺寸可能是非物理的。当所有可能的-异构以及均匀-构象分布考虑到没有预先判断,一个单一的值的平均转移效率$\langle E\rangle$之间的染料在两个链端通常是一致的高度多样化,多个值的平均回转半径$\langle R_{\rm g}\rangle$。在这里,我们利用无偏的构象统计从一个粗粒度的显式链模型建立一个通用的逻辑框架来量化这种基本的模糊性smFRET推理。作为一个应用程序,我们解决了长期存在的争议,关于变性剂依赖性的$\langle R_{\rm g}\rangle$的未折叠的蛋白质,专注于蛋白质L作为一个例子。常规的smFRET推断得出结论,未折叠的蛋白L的$\langle R_{\rm g}\rangle$对[GuHCl]高度敏感,但是来自小角X射线散射(SAXS)的数据表明与[GuHCl]无关的接近恒定的$\langle R_{\rm g}\rangle$。引人注目的是,本分析表明,尽管在[GuHCl] = 1 M和7 M下蛋白L的报告$\langle E\rangle$值分别为0.75和0.45,差异非常大,但与这两个$\langle E\rangle$值一致的贝叶斯$R^2_{\rm g}$分布重叠多达$75\…
2017-08-01 q-bio.BM
GLN -- a method to reveal unique properties of lasso type topology in proteins
几何和拓扑结构是决定蛋白质功能性质的主要因素。在这项工作中,我们展示了如何使用高斯连接积分(GLN)的矩阵图的形式-一对一个环和一个尾巴-研究的几何形状和拓扑结构的蛋白质与闭环,如套索。我们表明,GLN方法是一个显着更快的技术来检测套索蛋白质的纠缠相比,其他方法。基于GLN技术,我们对沉积在PDB中的所有蛋白质进行全面分析,并将其与聚合物的统计特性进行比较。我们发现蛋白质中负交叉的套索明显多于正交叉的套索,maxGLN的平均值(环和尾段之间的最大GLN)与聚合物中的情况类似,依赖于尾的长度。接下来,我们展示了高和低GLN值与蛋白质内部弹性的相关性,以及如何以矩阵图的形式使用GLN来研究折叠和解折叠路线。最后,我们讨论了GLN方法如何应用于研究两个非闭环结构之间的纠缠。由于这种方法比其他连接不变量快得多,下一步将是评估更长分子中的套索,如RNA或单个染色体中的环。
2020-05-11 q-bio.BM
Curvature of the energy landscape and folding of model proteins
我们研究的几何性质的能量景观的粗粒度,非晶格模型的聚合物通过赋予配置空间与一个合适的度量,根据势能函数,这样的动力学轨迹是测地线的度量。使用数值模拟,我们表明,曲率的波动清楚地标志着折叠过渡,并且这个量允许区分具有蛋白质样行为的聚合物(即,折叠成独特构型)和经历疏水性塌陷但不具有折叠转变的聚合物。这些几何性质由势能定义,而不需要任何关于原生构型的先验知识。
2006-10-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Optimized Wang-Landau sampling of lattice polymers: Ground state search and folding thermodynamics of HP model proteins
粗粒度(格)模型在帮助破译蛋白质的物理或生物复杂性方面有着悠久的传统。尽管这些模型很简单,但是数值模拟通常在计算上要求很高,并且对有效算法的追求与模型本身一样古老。在前人工作的基础上进行了扩展[T. Wüst和D. P. Landau,《物理评论快报》102,178101(2009)],我们提出了基于Wang-Landau采样结合有效的试验移动(拉动、键重桥接和枢轴移动)的Monte Carlo方法的完整图片,其特别适合于研究诸如蛋白质折叠的疏水极性(HP)晶格模型的模型。通过这种通用且全盲的蒙特卡罗程序,可以找到最困难的基准HP序列的所有当前已知的推定基态。对于大多数序列,我们还可以确定状态的整个能量密度,并与适当设计的结构观察值一起,探索热力学和复杂的折叠行为在几乎难以接近的低温区域。我们分析了随机和蛋白质类杂聚物之间的差异,序列长度高达500个残基。我们的方法是强大的鲁棒性和速度方面,但灵活和简单,足以研究蛋白质折叠的许多相关问题。
2012-07-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Polymer uncrossing and knotting in protein folding, and their role in minimal folding pathways
我们介绍了一种方法,用于计算在何种程度上链非交叉是重要的最有效的,最佳的轨迹或途径的蛋白质折叠。这涉及记录幽灵链的所有非物理交叉事件,并计算避免此类事件所需的最小非交叉成本。应用深度优先树搜索算法来找到折叠$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$蛋白介于两者之间。因此,我们已经展示了拓扑链约束如何在蛋白质折叠中诱导显性途径机制。
2012-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Universal criterion for designability of heteropolymers
蛋白质是能够在特定靶结构中自组装的杂聚物的一个例子。据我们所知,设计的人工杂聚物的自组装仍然不可能控制与天然蛋白质可以实现的单链自组装特性。与生物杂聚物相比,人工杂聚物缺乏什么,使后者具有如此多的功能?蛋白质骨架的几何形状是唯一可设计的特定选择吗?在这里,我们介绍了一个通用的标准来区分哪些聚合物主链可以设计成采用预定的结构。通过我们的方法,我们可以探索不同的聚合物主链和不同的氨基酸字母表。通过比较径向分布函数的可设计和不可设计的情况下,我们确定的可设计性标准的存在下,一个特定的峰的径向分布函数,占主导地位的杂聚物的随机堆积。我们表明,峰是所有可设计的杂聚物的一个普遍特征,因为它也是天然蛋白质的径向分布函数的主导。我们的发现可以帮助理解使蛋白质成为高度可设计系统的关键特征。我们提出的标准可以应用于设计新型的自组装模块化聚合物,这将为聚合物基材料科学开辟新的应用。
2016-06-16 cond-mat.soft q-bio.BM
Deformation of crosslinked semiflexible polymer networks
丝状蛋白质网络在细胞力学中起着至关重要的作用。这些细胞骨架网络以及各种交联和其他相关蛋白质在很大程度上决定了细胞的(粘)弹性反应。在这封信中,我们研究了一个交联的模型系统,刚性丝,以探讨应变下的微观结构和细胞骨架网络的宏观响应之间的联系。我们发现两个不同的制度作为主要的交联密度和长丝刚度的函数:一个特征在于仿射变形和非仿射变形。我们描述这两个之间的交叉。
2003-06-23 cond-mat.dis-nn q-bio.BM
When does TMAO fold a polymer chain and urea unfold it?
通过研究渗透剂N-氧化三甲胺(TMAO)和变性渗透剂尿素对不带电荷的聚合物链的折叠的影响,解决了长期存在的关于保护渗透剂N-氧化三甲胺(TMAO)和变性渗透剂尿素对蛋白质折叠的作用的机理问题。使用原子分子动力学模拟,我们表明,1-M TMAO和7-M尿素溶液对这些模型聚合物链的作用显着不同。它们的行为对链与其环境的吸引力分散相互作用的强度敏感:当这些分散相互作用足够高时,与水相比,TMAO抑制疏水性聚合物的扩展构象的形成,而脲促进扩展构象的形成。类似的趋势在真实的蛋白质系统上也有实验观察。令人惊讶的是,我们发现,保护和变性渗透剂强烈相互作用的聚合物,似乎在与现有的解释的渗透剂对蛋白质的影响。我们表明,真正重要的是保护渗透剂是其有效的耗尽作为聚合物构象的变化,这导致在优先结合系数的负变化。对于TMAO,有一个更有利的自由能插入一个单一的渗透剂附近的聚合物的塌陷构象比附近的扩展构象。相比之下,尿素优先稳定在延伸构象旁边,因此具有变性作用。
2013-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Flipping Out: Role of Arginine in Hydrophobic Interactions and Biological Formulation Design
本研究通过疏水聚合物解耦疏水效应,发现精氨酸在低浓度下通过侧链主导的直接机制稳定聚合物塌缩,在高浓度下通过骨架主导的间接机制稳定塌缩,添加部分电荷则破坏塌缩,揭示了精氨酸在生物制剂设计中的模块化特性。
2024-06-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Protein Collapse is Encoded in the Folded State Architecture
自组装形成球状结构的天然蛋白质序列是紧凑的,在折叠状态下具有高堆积密度。已知蛋白质在加入变性剂后展开,采用无规卷曲结构。在折叠和未折叠状态下,回转半径对蛋白质大小的依赖性遵循与合成聚合物相同的标度律。因此,人们可能会推测,蛋白质和聚合物的崩溃机制应该是相似的。然而,由于单结构域蛋白质中的氨基酸的数量不明显超过大约200个,因此在有利于折叠状态的条件下,蛋白质的未折叠状态是否是紧凑的还没有得到解决--这是蛋白质如何折叠的核心问题。通过采用一种用于推导聚合物标度定律的理论,我们发现蛋白质的未折叠状态是紧凑的倾向是普遍的,并且编码在折叠状态的接触图中。值得注意的是,对超过2000种蛋白质的分析表明,富含$β$ -折叠的蛋白质比$α$ -螺旋蛋白质具有更大的紧凑倾向。该理论为单结构域蛋白质的小尺寸和多结构域蛋白质的起源提供了物理基础。对非编码RNA分子的应用表明,它们已经进化到与$β$ -折叠蛋白共享相似性的折叠。我们的理论的一个含义是,自然的可折叠序列的演变是由有效的折叠,他们应该填充折叠条件下的最低能量紧凑状态的要求。这一概念也支持了压缩选择假说,该假说用于解释病毒RNA分子的异常凝聚状态。
2016-12-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Identifying the minimal sets of distance restraints for FRET-assisted protein structural modeling
研究在拥挤细胞环境中利用FRET辅助MD模拟进行蛋白质结构建模,发现仅需不到8%的残基间距离约束即可诱导蛋白质构象变化,确立了该方法的有效性。
2024-08-19 physics.bio-ph q-bio.BM
Reaching to a small target: entropic barriers and rates of specific binding of polymer to substrate
本文考虑了一个广泛的生物学相关的问题,一个链(如蛋白质)结合到一个序列的受体与匹配的多个配体分布沿链。这种结合在细胞粘附事件和蛋白质自组装中至关重要。使用平均场近似的聚合物动力学,我们首先计算的特征结合时间的拴系的配体达到一个特定的结合位点的表面上。这个时间是由两个独立的熵效应:一个熵的障碍链被拉伸到足以达到遥远的目标,并在表面附近的链构象的限制。然后,我们推导出一个序列的单一绑定事件的特征时间,并发现它是由“拉链效应”,优化的序列的单一和多个绑定步骤。
2017-11-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Topologically Directed Simulations Reveal the Impact of Geometric Constraints on Knotted Proteins
针对聚合物或丝状结构打结/解结模拟依赖随机过程的问题,提出拓扑引导方法确定最优路径,应用于切向球链模型并施加蛋白质几何约束,发现约束会增加扭结频率,揭示其对打结蛋白质的影响。
2025-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.GT
Competition for hydrogen bond formation in the helix-coil transition and protein folding
生物聚合物在明确的溶剂,如水,氢键与溶剂的能力的螺旋线圈过渡的问题是解决分析使用适当修改的版本的广义模型的多肽链。在较低温度下,除了常规的螺旋-螺旋转变外,还发现了额外的螺旋-螺旋或凹入转变。由于聚合物-聚合物和聚合物-水氢键之间的竞争,产生了凹入转变。两种类型的氢键之间的平衡可以通过温度的变化,也可以通过压力,机械力,渗透应力或其他外部影响而向任何一个方向移动。多肽和多核苷酸都被认为是在一个统一的形式主义。我们的方法提供了一个解释的实验困难的观察与压力的折返过渡,并强调了DNA的研究拉实验的优势。结果进行了讨论,并与最近的一些出版物中所报道的一个显着的协议水平进行了比较。
2011-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
A Parallel Trajectory Swapping Wang - Landau Study Of The HP Protein Model
采用基于Wang-Landau抽样的并行Monte Carlo方法研究了自由介质中蛋白质折叠的HP模型。在Wust和Landau工作的基础上,通过引入一个不太为人所知的在单个Wang-Landau采样器之间的副本交换方案,避免了动态捕获(态密度尖峰)的问题,并提高了穿越位形空间的效率。突出动态捕获作为一个问题,晶格聚合物模拟增加的长度是明确在这里做的第一次。1/t方案也集成在这种复杂的蒙特卡罗方法中。开发了一个试验移动集,其中包括拉动,键重新桥接,枢轴,扭结翻转和一个新发明和实施的片段随机行走移动,允许快速探索高,低温配置。进行天然状态搜索,导致获得2D 50(-21)、2D 60(-36)和2D 64(-42)的基准序列的天然状态,同时获得接近2D 85(-52 NATIVE= -53)、2D 100 a(-47 NATIVE= -48)和2D 100 b(-49 NATIVE=-50)的天然状态的最小能量。热力学观测量,如比热,内能,熵和自由能计算的2D基准序列在不同的温度和折叠和展开行为进行了研究。具有单体疏水结构的晶格聚合物也以同样的方式进行了研究,记录了最小能量值和热力学行为。基准序列和晶格聚合物的本地结果进行了比较,不同的计算方法。
2016-07-12 cond-mat.soft q-bio.BM
Free energy approximations in simple lattice proteins
这项工作解决的问题,是否有可能定义简单的成对相互作用项近似的蛋白质或聚合物的自由能。与其问平均力的势有多可靠,不如问它可能有多可靠。在二维无限晶格模型系统中,可以通过穷举法计算精确的自由能。一系列的近似拟合精确的结果,以评估成对自由能项的可行性和实用性。用成对相互作用近似真实自由能给出了一个差的拟合,不同大小的系统之间的可转移性很小。在近似值中添加额外的人工项会产生更好的拟合,但不会提高从一个系统大小到另一个系统大小的概括能力。此外,不能区分折叠从非折叠序列通过近似的自由能。最有用的是,该方法显示了如何评估晶格蛋白质/聚合物模型中各种术语的效用。
2000-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Polymer reptation and nucleosome repositioning
我们考虑如何珠可以沿着一条链,包裹他们扩散,而不会成为从链位移;我们提出的机制是类似于爬行的“存储长度”在更熟悉的情况下的聚合物动力学。这个问题出现在被植物和动物染色体中的DNA缠绕的蛋白质(组蛋白)的球状聚集体的情况下;这些珠子(核小体)被多重包裹,但能够在长距离内重新定位,同时保持被DNA链束缚。
2001-02-07 cond-mat.soft q-bio.BM
Optimized green fluorescent protein fused to FoF1-ATP synthase for single-molecule FRET using a fast anti-Brownian electrokinetic trap
自由扩散的单分子在溶液中的观察时间受到所附荧光标记物的光物理学和足够的信号背景比所需的飞升范围内的小观察体积的限制。为了通过共焦检测体积延长扩散限制的观察时间,A。E. Cohen和W. E. Moerner发明并建造了ABELtrap -一种微流体装置,可以用电动陷阱主动抵消单个纳米颗粒的布朗运动。在这里,我们提出了一个版本的ABELtrap的激光聚焦模式产生的电光光束偏转器和可编程FPGA芯片控制。这种ABELtrap可将单个荧光纳米颗粒保持100秒以上,与自由扩散相比,荧光纳米颗粒的观察时间增加了10000倍。为了实时监测单个膜蛋白的构象变化,我们使用Förster共振能量转移(smFRET)记录了两种特异性连接的染料之间的连续距离变化。FoF 1-ATP合酶的α-亚基与mNeonGreen融合导致在较低激光激发功率下改善的信号背景比。这增加了我们测量的蛋白脂质体的陷阱持续时间超过2秒。此外,我们观察到不同的smFRET水平归因于FRET供体(mNeonGreen)和受体(Alexa 568)荧光团之间的不同距离分别连接在FoF 1-ATP合酶的a-和c-亚基。
2016-01-26 q-bio.BM q-bio.QM
Criteria for quantum coherent transfer of excitons between chromophores in a polar solvent
我们证明了两个光学活性分子间Forster共振能量转移的量子退相干可以用自旋玻色子模型来描述。这使我们能够给出定量的标准,在实验上可测量的系统参数,这是必要的相干布洛赫振荡的激子之间的发色团。我们的结果的实验测试应该是可能的荧光共振能量转移(FRET)光谱。虽然我们专注于蛋白质色素复合物的情况下,我们的结果也相关的量子点和有机分子在介电介质。
2004-12-22 cond-mat.other q-bio.BM q-bio.OT