Mean velocity and effective diffusion constant for translocation of biopolymer chains across membrane
分子伴侣辅助的转运通过嵌入在膜中的纳米孔在生物聚合物的运输中具有突出的作用。受经典布朗棘轮的启发，我们通过主方程方法建立了一个描述这种易位过程的理论框架。在这个框架中，提供了可逆结合的分子伴侣的聚合物链，经历正向/反向扩散，这是整流的分子伴侣。我们放弃了时间尺度分离的假设，并保持聚合物链的长度有限，这两个恰好是大多数以前的研究中的关键点。我们的框架，它可以获得的平均易位速度和有效的扩散常数在稳态下，这是一个全面的理解对这样的过程的动力学的基础解析表达式。通常，聚合物链跨膜移位由三个子过程组成：聚合物链的起始、终止和主体部分的移位，其中主体部分的移位取决于分子伴侣的结合/解结合动力学。这是本研究报告的主要关注点。研究结果表明，随着高分子链的前向/后向扩散速率和分子伴侣的结合/非结合比的增加，高分子链的平均迁移速度也随之增加，而有效扩散常数对这两个因素的依赖关系大致相同.
2019-05-05 physics.bio-ph q-bio.SC
Critical evaluation of the computational methods used in the forced polymer translocation
在强制聚合物移位中，平均移位时间$τ$相对于孔力$f$和聚合物长度$N$按比例缩放为$τ\sim f^{-1} N^β$。我们表明，在大都会蒙特卡罗方法的人工制品导致断裂的力缩放与大$f$可能是负责不同的计算得到的结果之间的一些争议，也计算和实验结果之间。利用Langevin动力学模拟，我们发现标度指数$β\le 1 + ν$不是普适的，而是依赖于$f$ .此外，我们发现，强制易位可以描述一个相对简单的力平衡参数和$β$产生的初始聚合物配置。
2008-11-04 physics.bio-ph physics.comp-ph
Pore-polymer interaction reveals non-universality in forced polymer translocation
我们提出了一个数值研究的强制聚合物迁移使用两个单独的孔隙模型。这两种方法在以前的强迫易位研究中被广泛使用。我们表明，在孔模型的变化影响强制易位特性显着的生物相关的孔力，即驱动力，范围。该模型的细节示出改变，甚至得到的缩放关系，这是一个强有力的指示，强烈的平衡动力学在计算研究中尚未成功地解决的特点，强制易位的生物聚合物在现实的长度尺度。
2010-08-21 physics.bio-ph
Translocation time of periodically forced polymer chains
我们表明，存在一个最小的和明确的振荡的频率依赖性的易位时间的聚合物被描述为一个一维的劳斯链驱动的空间本地化的振荡线性电位。观测到的平均易位时间的振荡是由非常平均的易位时间和外力周期之间的同步引起的。通过改变阻尼参数，我们已经检查了最小移位时间的频率值的鲁棒性，发现该频率和相应的移位时间之间的非常简单的关系。还评估了作为聚合物长度的函数的移位时间，发现精确的$L^2$缩放。此外，描述为高斯不相关噪声的热涨落所起的作用也进行了研究，并与共振激活现象的类比进行了评论。
2010-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Chaperone driven polymer translocation through Nanopore: spatial distribution and binding energy
伴侣蛋白是结合蛋白，其作为驱动力通过在孔附近结合生物聚合物并防止其回滑来偏置生物聚合物易位。伴侣可能具有不同的空间分布。最近，我们展示了它们的空间分布在易位中的重要性以及它如何影响易位时间的序列依赖性。在这里，我们专注于均聚物和指数分布。由于伴侣蛋白的指数分布，易位时间的能量依赖性将改变，并且在易位时间与有效能量的曲线中看到最小值。在时间对聚合物长度的标度指数$β$（$T\simβ$）中可以看到相同的趋势。有趣的是，在一些特殊情况下，例如大小为$λ=6$且具有$α=5$的指数分布率的分子伴侣，最小值甚至达到小于$1$（$β<1$）的量。我们解释了这种罕见的结果的可能性和理论讨论的基础上，我们表明，通过考虑到聚合物长度的易位的速度依赖性，可以真正预测这个最小值的量。
2016-09-07 physics.bio-ph
Coupling Lattice Boltzmann with Atomistic Dynamics for the multiscale simulation of nano-biological flows
我们描述了最近的多尺度方法的基础上并发耦合的约束分子动力学长的生物分子与介观晶格玻尔兹曼处理溶剂流体动力学。多尺度的方法是基于一个简单的计划，原子和介观尺度之间的时空信息的交换，并能够描述自洽的流体动力学效应的分子运动的计算成本与溶质的大小和溶剂的体积线性缩放。对于我们的多尺度方法的应用，我们认为通过纳米孔的生物聚合物易位的研究问题：我们发现，该方法再现具有显着的准确性的统计标度行为的易位过程，并提供了有价值的洞察生物聚合物和流体动力学运动的合作方面。
2007-10-05 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Non-equilibrium effects in chaperone-assisted translocation of a stiff polymer
伴侣辅助的生物聚合物易位是提出的易位\textit{in vivo}的主要模型。动态蒙特卡罗方法被用来模拟易位的刚性均聚物通过纳米孔驱动的分子伴侣。分子伴侣是一种蛋白质，它结合到靠近壁的聚合物上，并防止其通过顺式侧回滑。重要的参数包括结合能、分子大小和分子伴侣的局部浓度。这些局部浓度的分布，建立了分子伴侣的分布。在这里，我们调查的结合能，大小和伴侣在其平衡的指数分布的影响，在每个步骤中的聚合物易位需要稳定的易位时间。模拟结果表明，在分子伴侣具有单体大小（$λ=1$）和/或正有效结合能和/或均匀分布的情况下，分子伴侣结合平衡速率/频率小于每个单体的$5$次。然而，在某些特殊情况下，在分子大小为$λ>1$且有效结合能为负的分子伴侣的指数分布中，平衡速率将偏离到每个单体$20$倍以上。我们发现，这种非平衡效应导致超扩散，前面看到的。此外，我们从理论上证实了平衡过程。
2017-10-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Translocation of links through a pore: effects of link complexity and size
我们已经使用朗之万动力学模拟被迫易位的连接聚合物环通过一个狭窄的孔。对于固定大小（即固定数目的单体），易位时间取决于连接类型和环是否打结。对于具有两个未打结环的连接，环之间的交叉可以减慢易位，并且在交叉穿过孔时造成延迟。结果落在一组相对平滑的曲线上，不同的链接家庭的易位时间并不总是增加的交叉数在同一家庭。当一个环打结时，结果取决于连接是素的还是复合的，对于复合的情况，它们取决于打结的环还是未打结的环首先进入孔隙。我们发现一个类似的情况下，3-组件的链接，其结果取决于是否链接是总理或复合。这些结果有助于我们理解细丝之间的纠缠复杂性如何影响它们的易位动力学，并且应该有助于扩展纳米孔传感技术来探测这些系统的拓扑性质。
2020-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Forced transport of deformable containers through narrow constrictions
我们研究，数值和分析，变形容器的强制运输通过一个狭窄的收缩。我们的中心目标是量化收缩几何形状和主动强迫之间的竞争，调节容器是否可以通过收缩以及以何种速度通过收缩，以及在何种条件下卡住。我们特别关注推动容器的力和通道半径之间的相互关系，因为这些是可以在人工和生理环境中直接控制的外部变量。我们提出了格子玻尔兹曼模拟，详细阐述了易位的各个阶段，并提出了简化的分析模型，处理两种限制类型的这些膜容器：变形能占主导地位的弯曲或拉伸的贡献。在这两种情况下，我们发现与完整的模拟非常一致，我们的结果表明，不仅半径，而且收缩的长度决定了容器是否会通过。
2014-11-19 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Force-dependent diffusion coefficient of molecular Brownian ratchets
研究了三种相关的分子布朗棘轮模型中的平均速度和扩散常数。布朗棘轮可用于描述在孔反侧存在伴侣的情况下，DNA等生物聚合物通过细胞中纳米孔的移位。分子伴侣可以结合到聚合物上，防止它通过孔滑回。首先，我们研究了一个简单的模型，描述了易位的不对称随机游走。它作为一个介绍性的例子，但已经抓住了布朗棘轮的主要特征。然后，我们提供了一个解析表达式的扩散常数在经典模型的易位棘轮，首先提出了由佩斯金等人。该模型基于这样的假设，即伴侣的结合和解结合比DNA链的扩散快得多。为了弥补这一缺点，我们提出了一个修改后的模型，也适用于（非）约束力的利率是有限的。我们计算了这个新模型的力依赖的平均速度和扩散率，并将结果与原始模型进行了比较。我们的分析表明，对于大的拉力，这两种模型的预测可以有很大的不同，即使（联合国）结合率是大的扩散时间尺度相比，但仍然有限。此外，布朗棘轮效率的热力学不确定性关系的影响进行了讨论。
2018-08-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
When Knots are Plectonemes
本研究发现纳米孔中dsDNA易位时被误认为结的特征实为螺旋绞旋，其形成由溶剂流诱导的DNA旋转和扭转传播主导，为准确分析聚合物运输提供了新视角。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Velocity fluctuation and force scaling during driven polymer transport through a nanopore
本研究通过图案化DNA纳米结构测量聚合物易位过程中的瞬时速度，揭示速度波动与力标度规律，连接实验与理论，为优化纳米孔传感性能提供指导。
2024-11-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lateral trapping of DNA inside a voltage gated nanopore
当穿孔膜包含嵌入式电极时，解决了短DNA片段通过纳米孔的移位。精确的数值解耦合泊松，能斯特-普朗克，斯托克斯方程的一个现实的，完全三维的设置，以及分析近似的简化模型。通过向膜电极施加合适的电压，可以迫使DNA优选沿着孔轴或在离孔壁很小但有限的距离处穿过孔。
2017-06-28 cond-mat.soft physics.bio-ph
