RNA Base Pairing Determines the Conformations of RNA Inside Spherical Viruses
许多简单的RNA病毒用一种称为衣壳的蛋白质外壳包裹着它们的遗传物质。虽然大多数病毒的衣壳结构都有很好的特征，但壳内RNA的结构及其影响因素仍然知之甚少。我们研究了碱基配对对RNA构象的影响，发现它经历了一个肿胀的线圈小球连续过渡作为配对相互作用的强度的函数。我们还观察到一阶转换和扭结作为RNA长度的函数。所有这些转变都可以解释在病毒外壳内观察到的不同RNA谱。
2017-11-04 physics.bio-ph q-bio.BM
Statistical Physics of RNA-folding
我们讨论RNA的二级结构所描述的物理。我们研究了一个均匀的RNA模型，其中包括配对和碱基堆积能量以及内部循环的熵成本的静态属性。对于足够大的成本模型表现出热变性转变，我们分析的回转半径。我们指出了一个不一致的标准方法来预测RNA二级结构的大分子。在外力作用下，在球状相和扩展相之间发生二级相变。哈里斯型准则表明，序列无序不影响相关长度指数，而其他临界指数在玻璃相中被修改。然而，在高温下，在粗粒度的水平上，无序RNA很好地描述了均匀模型。力-延伸曲线的特性作为能量参数的函数进行了讨论。我们表明，力的过渡总是二阶的。预测了一种与真正的无序RNA相关的再进入现象。
2002-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Ground state and glass transition of the RNA secondary structure
RNA分子在低温下形成序列特异性的自我配对模式。我们分析这个问题，使用随机配对能量模型以及随机序列模型，其中包括有利于螺旋传播的碱基堆积能量。将链分成相等的两半的自由能成本提供了序列特异性配对的定量测量。在低温玻璃相中，该量随着链长的对数二次增长，但在高温熔融相中，它切换到熵起源的线性行为。两相之间的过渡是连续的，具有类似于二维无序弹性流形的特征。然而，对于设计的序列，在粗粒度水平上的配对能量的幂律分布可能更合适。极值统计参数，然后预测幂律增长的自由能成本打破一个链，在协议的数值模拟。有趣的是，在基态二级结构中的配对距离的分布遵循显着的幂律，指数为-4/3，独立于对碱基配对能量的特定假设。
2006-08-09 cond-mat.dis-nn q-bio.BM
Glass transition in secondary structures formed by random RNA sequences
RNA二级结构的形成是生物聚合物中普遍存在的序列结构问题的一个例子。最近的一个理论问题是随机RNA序列是否经历有限温度的玻璃化转变。我们肯定地回答这个问题，首先通过两个副本计算建立的高温相的微扰稳定性。随后，我们表明，这一阶段不能持续到零温度考虑由于罕见的区域的互补双折射充满活力的贡献。
2001-06-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dynamical Transition and Heterogeneous Hydration Dynamics in RNA
增强的动态波动的RNA，促进了水分子与RNA的强相互作用的网络，被怀疑是至关重要的，在他们的能力，以响应各种细胞信号。使用原子详细的分子动力学模拟在不同温度下的嘌呤（腺嘌呤）和preQ $_1$传感核糖开关适体，我们表明，在RNA附近的水分子进行复杂的动力学依赖于局部结构的RNA。表面结合水的氢键（HB）的总寿命比本体水长至少1-2个数量级。缓慢的水化动力学，揭示在非阿耳忒修斯行为的弛豫时间，产生于高活化障碍，以打破水与核苷酸的氢键，并通过减少水的扩散。在两个RNA的特定位置的弛豫动力学显示了广泛的时间尺度，让人想起玻璃样的行为，这表明水合动力学是高度异质性的。两种RNA在$T = T_D \gtrsim 200$ K下经历动态转变，如通过氢原子$\langle x^2\rangle$的均方波动所评估的，其在$T_D$下经历突然的谐波到非谐波转变。在这些RNA和之前在tRNA中发现的$T_D$的近似通用值与$T$改变时的水合动力学变化密切相关。与RNA表面相关的水的层次动力学，揭示了不同类别的水与分离的时间尺度的运动，反映了RNA的分子表面上的异质性的局部环境。在低温下，缓慢的水动力学在结构转变中占主导地位。我们的研究表明，水和局部环境在RNA结构中的复杂相互作用可能是RNA功能活动的关键决定因素。
2014-04-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Universal Cold RNA Phase Transitions
本研究利用量热力谱发现Watson-Crick RNA发夹结构在低于约20°C时发生类玻璃态转变，由核糖-水相互作用驱动的普适相变导致冷变性和最大稳定性，对RNA功能和进化具有深远影响。
2024-03-22 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
Memory efficient RNA energy landscape exploration
能量景观提供了一个有价值的手段，研究折叠动力学的短RNA分子的详细建模所有可能的结构和它们的转换。基于景观的宏观状态分解的更高抽象级别使更大的系统的研究成为可能，但它们仍然受到精确方法的巨大内存需求的限制。我们提出了一个高度并行化的本地枚举计划，使精确的宏观状态转换模型的计算大大降低了内存需求。RNA二级结构景观使用梯度盆地定义的宏观状态的方法进行评估。此外，我们通过比较两种基于障碍的方法证明了精确过渡模型的必要性，并对RNA能量景观中的梯度盆地进行了详细的研究。源代码是C++能源景观库的一部分，可在http://www.bioinf.uni-freiburg.de/Software/上获得。
2014-04-28 q-bio.BM
An RNA foldability metric; implications for the design of rapidly foldable RNA sequences
首次提出了蛋白质折叠性度量σ =（T_theta - T_f）/T_theta（T_theta和T_f分别为折叠温度和折叠转变温度）也可用于衡量RNA序列的折叠性。西格玛的重要性进行了讨论的背景下，在硅片设计的快速折叠的RNA序列。
2005-12-02 physics.bio-ph q-bio.BM
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。
2018-10-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Topological phase transition in a RNA model in the de Gennes regime
我们研究了G. Vernizzi，H. Orland和A.在溶液中强正离子浓度范围内的Zee。该模型考虑了一个柔性链的平等基地，可以成对地与任何其他一个沿链相互作用，同时保持饱和的相互作用的属性。在所考虑的区域中，我们观察到分离两相的临界温度T_c的出现，该临界温度T_c可以由主导构型的拓扑结构来表征：在大的温度范围内，分子的主要构型具有非常大的分布，（分子大小的数量级），对应于复杂的拓扑结构，而在相反的低温状态下，主要的配置是简单的并且具有球形拓扑。我们确定了这种拓扑相变是一级相变，并给出了T_c的解析表达式。该模型研究的区域与de Gennes研究的致密聚合物系统相似
2009-04-24 q-bio.BM
RNA secondary structure formation: a solvable model of heteropolymer folding
在RNA二级结构的背景下研究了杂聚物结构形成的统计力学。设计的RNA序列偏向于一个特定的天然结构（发夹）被用来研究天然和熔融相的RNA之间的转变作为温度的函数。该转变是由从聚合物与天然结构的重叠获得的能量与形成随机接触的熵增益之间的竞争驱动的。提出了一种简化的类围棋模型并精确求解。预测的临界行为验证通过精确的数值枚举一个大的合奏类似设计的序列。
1999-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Bayesian analysis of time series of single RNA under fluctuating force
从单分子动力学数据中提取生物分子的内在动力学信息具有重要的生物物理意义。在这项工作中，我们从理论上探讨了从光镊中进行的强制折叠/展开实验获得的时间序列推断单个RNA的内在动力学参数的可行性，其中分子两侧是长的双链DNA/RNA手柄，并被拴在两个大珠子之间。我们首先构建了一个粗粒度的实验系统的物理模型。该模型捕捉了主要的物理因素：布朗运动的珠，分子结构的转变，和手柄和RNA的弹性。然后，基于该模型的解析解，提出了一种基于蒙特卡罗马尔可夫链的贝叶斯方法，从距离或力的噪声时间序列中推断RNA的内在动力学参数。由于微珠的布朗运动和结构转变所引起的力的涨落对RNA的跃迁速率有显著的调节作用，因此我们证明了这种统计方法比传统的直方图拟合方法更能准确、有效地推断分子的内禀参数.
2007-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
New phase transition in random planar diagrams and RNA-type matching
我们研究了平面匹配问题，定义了一个对称随机矩阵与独立同分布的项目，取值0和1。我们表明，一个完美的平面匹配结构的存在是可能的，只有在一定的临界密度，$p_{c}$，允许接触（即“1”）。使用代克路径和平面接触结构的矩阵模型的问题的制定，我们提供了一个分析估计的值的过渡点，$p_{c}$，在热力学极限。该估计接近临界值，$p_{c} \approx 0.379$，在基于精确动态规划算法的数值模拟中获得。我们描述了相应的临界行为的模型和讨论的关系的完美-不完美匹配过渡到已知的熔融玻璃化转变的背景下随机RNA二级结构的形成。特别是，我们提供了强有力的证据支持的猜想，熔融玻璃化转变在T=0发生在$p_{c}$。
2013-10-25 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Model for Folding and Aggregation in RNA Secondary Structures
我们研究了RNA二级结构的统计力学，该二级结构被设计成具有两种不同类型的结构之间的吸引力，作为杂聚物聚集的模型系统。二级结构的分支熵和通过配对获得的能量之间的竞争驱动RNA经历从熔融相到聚集相的“温度无关的”二级相变“。由此获得的聚集相在不同RNA之间具有宏观上大量的接触。该相的配分函数标度指数为θ~ 1/2，相变的交叉指数为ν~ 5/3。这些计算的生物分子的聚集的相关性进行了讨论。
2006-01-12 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Scaling, phase transition and genus distribution functions in matrix models of RNA with linear external interactions
在RNA随机矩阵模型配分函数的作用下引入线性外扰动[G. Vernizzi，H. Orland和A. Zee，Phys. Rev. Lett. 94，168103（2005）]。可以看出，（i）。所述扰动区分配对和未配对碱基，因为当扰动参数$α$接近1（$α$是在配分函数作用下原始项和扰动项的相互作用强度的比率）时，存在从未配对和配对碱基结构（$0 \leq α< 1$）到完全配对碱基结构（$α=1$）的结构变化，（ii）。对于小的偶数和奇数长度$L$，亏格分布表现出小的差异，（iii）。所述线性相互作用矩阵模型的配分函数通过缩放公式与RNA的随机矩阵模型的重新缩放的配分函数相关，（iv）。将自由能和比热作为$L$、$α$和温度$T$的函数绘制，并且将它们相对于$α$的一阶导数作为$α$的函数绘制。自由能显示对于奇数（小和大）长度在$α=1$处的相变，并且对于偶数长度，随着包括更多的伪结（即对于大长度），在$α=1$处的相变变得越来越尖锐。
2009-11-19 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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。
2003-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
RNA folding landscapes from explicit solvent all-atom simulations
考虑到开发现实力场的困难和采样罕见构象转变的固有计算复杂性，RNA折叠的原子详细模拟已被证明是非常具有挑战性的。为了解决这两个问题，我们扩展到RNA的增强路径采样方法以前成功地应用于蛋白质。在这个方案中，关于RNA的天然结构的信息被一个软的依赖于历史的偏置力所利用，该偏置力被添加到原子力场中，从而促进了生产性折叠轨迹的产生。在这里，我们报告的结果，在明确的溶剂中的RNA分子从20至47个核苷酸长和拓扑结构的复杂性增加的模拟。从折叠途径的统计分析中，我们推断，与蛋白质不同，即使对于具有简单拓扑结构的相对较小的链，潜在的自由能景观也显着受挫。折叠机制和热力学与现有的实验和一些现有的粗粒度模型是一致的。该方案提供了一个完整的微观表征RNA折叠，有关的动力学和动力学的转变的化学链和它的溶剂。因此，它提供了一个可转移的框架，为未来的翻译应用程序奠定了基础。
2022-05-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
RNA unwinding from reweighted pulling simulations
RNA双链体中互补碱基对的形成和解链是完成大量生物学功能所需的构象转变。然而，这些转变的动态步骤还没有在分子水平上定量表征。在这项工作中，基地开放的过程中，首先强制执行的原子拉动模拟，然后分析了一种新的重新加权方案，允许沿任何合适的反应坐标，例如溶剂化的自由能分布，以重建。系统地应用这种方法，以不同的碱基对组合提供了一个分子的运动图像的螺旋开放，这是通过比较验证了一套广泛的实验观察和链接到酶依赖的解旋机制。这项工作中揭示的RNA内在动力学可以合理化RNA加工分子机制中观察到的方向性。
2012-03-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Engineering T7 RNA Polymerase for High-Purity In Vitro Transcription
Université Libre de Bruxelles（布鲁塞尔自由大学）；Interuniversity Institute of Bioinformatics in Brussels（布鲁塞尔跨大学生物信息学研究所）；Phoenix Biosciences S.A. d/b/a Quantoom Biosciences（凤凰生物科学公司（又名 Quantoom 生物科学））
研究利用噬菌体T7 RNA聚合酶进行体外转录时产生副产物影响RNA生产的问题，通过综合T7 RNAP副产物形成的知识，回顾提高RNA纯度的工程策略，分类T7 RNAP变体，确定权衡原则，突出协同突变组合，为下一代RNA治疗解决纯度挑战。
2026-07-22 q-bio.BM
Freezing and folding behavior in simple off-lattice heteropolymers
我们已经进行了平行回火蒙特卡罗模拟使用一个简单的连续杂聚物模型的蛋白质。我们所研究的所有十个杂聚物序列在低温下都表现出一级转变，以单链构象为主的有序态。这些结果与杂聚物的随机能量模型的理论预测相反，我们预计在低温下会连续过渡到玻璃态。
2004-01-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Emergence of information transmission in a prebiotic RNA reactor
在从化学世界向生物世界过渡的过程中，人们对自我复制分子系统的出现知之甚少。我们研究了这样一个复制子的前体如何可能出现在水热RNA反应器中，该反应器从无偏单体流入和随机连接中积累了较长的序列。在反应器中，分子内和分子间的碱基配对局部地防止随机裂解。通过分析随机模拟，我们发现时间序列的相关性，构成了一个签名的信息传输，较弱，但在一个真正的复制相同的形式。
2011-05-18 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.PE
All-or-none switching of transcriptional activity on single DNA molecules caused by a discrete conformational transition
最近，它已被证实，长的双链DNA分子的大小大于几十个千碱基对（kbp），表现出离散的构象转变，从一个细长的螺旋状态的紧凑的小球状态时，添加各种化学物质，通常会引起DNA缩合。在这项研究中，我们对一个大的DNA进行了单分子观察，Lambda ZAP II DNA（约。41 kbp），在含有RNA聚合酶和底物以及不同浓度的精胺（四价阳离子）的溶液中，通过使用DNA和RNA的荧光染色。我们发现，转录，或RNA的生产，是完全抑制在紧凑的状态，但积极进行在未折叠的螺旋状态。这种全或无的影响，转录活性诱导的离散构象转变的单个DNA分子进行了讨论有关的机制，大规模的遗传活动的调节。
2004-08-18 q-bio.BM q-bio.SC
Empirical corrections to the Amber RNA force field with Target Metadynamics
核酸构象转变的计算研究仍然面临着许多挑战。例如，在单链RNA四核苷酸的情况下，由于分子动力学模拟中常用的力场的不准确性，模拟和实验之间的一致性不令人满意。在这里，我们使用从高分辨率X射线结构收集的实验数据，试图改进的最新版本的琥珀力场。一种改进的元自洽算法被用来计算修正势，该修正势被设计用于加强骨架扭转角的实验分布。包括这些校正电位的四核苷酸的复制交换模拟显示出与含有嘧啶碱基的寡核苷酸的独立溶液实验的显着更好的协议。虽然所提出的修正似乎并不适用于一般的RNA系统，但模拟揭示了α和β主链角度对RNA构象系综调制的重要性。这里提出的修正方案提出了一个力场细化的系统程序。
2016-05-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
