The Physics of Protein Self-Assembly
了解蛋白质自组装对于许多生物和工业过程都很重要。蛋白质可以自组装成晶体、细丝、凝胶和其他无定形聚集体。最终形式包括病毒衣壳和与疾病相关的凝聚相，如淀粉样纤维。虽然看起来不同，但这些组装都源于基本的蛋白质相互作用，并由类似的热力学和动力学因素驱动。在这里，我们回顾了最近的进展，了解蛋白质自组装通过软凝聚物质的角度，重点是三个特定的系统：球状蛋白，病毒和淀粉样纤维。最后，我们讨论了该领域尚未回答的问题。
2016-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Self-assembly of a binary mixture of iron oxide nanoparticles in Langmuir film: X-ray scattering study
在本研究中，我们利用朗缪尔技术生产的自组装阵列组成的单分散氧化铁纳米粒子的直径为10 nm和20 nm的和他们的二元混合物。结合原位X射线反射测量和掠入射小角度X射线散射，直接在水面上获得阵列的面内和面外结构。表面压力等温线和X射线反射率分析表明，单分散的10 nm纳米粒子形成高度有序的单层，而20 nm粒子则以三维团簇形式堆积，粒子之间存在短程（最近邻）关联。在以3：1的比例组成的10 nm和20 nm纳米颗粒的二元混合物中，自组装过程导致其中10 nm颗粒的单层被较大颗粒扰动的结构。非平凡的混合导致颗粒间距离的扩大，但保持较小的纳米颗粒的二维晶格的对称性。估计的作用相互作用和微磁模拟表明单分散和二元系综的最佳形成。
2019-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Kinetics of viral self-assembly: the role of ss RNA antenna
有一大类病毒是由大量相同的衣壳蛋白和ss RNA自组装而成的，衣壳蛋白具有长而灵活的N-末端尾巴。我们研究了强库仑相互作用的积极的N-末端尾巴与SS RNA在体外病毒自组装的动力学的作用。衣壳蛋白粘附在未组装的ss RNA链上（我们称之为“天线”），并在其上滑向组装位点。我们发现，在过量的衣壳蛋白，这样的一维扩散加速自组装超过十倍。另一方面，当ss RNA过量时，天线减慢了自组装。提出了几个实验来验证ss RNA天线的作用。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Pathways for virus assembly around nucleic acids
了解病毒衣壳蛋白围绕其基因组组装的途径可以确定作为潜在药物靶点的关键中间体。在这项工作中，我们使用计算机模拟来表征组装在广泛的衣壳蛋白质相互作用强度和溶液离子强度。我们发现，组装途径可以分为两类，其中中间体是主要有序或无序。我们的研究结果表明，估计蛋白质-蛋白质和蛋白质-基因组结合亲和力可能足以预测哪种途径发生。此外，计算出的相图表明，知识的主导组装途径及其与控制参数的关系，可以确定最佳的策略，以阻止或重定向组装，以阻止感染。最后，模拟轨迹的分析表明，这两类组装途径可以区分在单分子荧光相关光谱或批量时间分辨小角度X射线散射实验。
2014-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Design rules for the self-assembly of a protein crystal
基于形成紧密堆积晶体的球体的蛋白质结晶理论预测在第二维里系数的“槽”内的最佳组装和在亚稳液体-蒸气临界点附近的增强组装。然而，大多数蛋白质晶体是通过各向异性相互作用稳定的开放结构。在这里，我们用理论和模拟表明，组装一个这样的结构是不预测的第二维里系数或增强的临界点。相反，良好的组装要求热力学驱动力为热能量级，并且在不促进液-汽相分离的情况下使相互作用尽可能非特异性。
2011-10-25 cond-mat.soft
Self-assembly of protein amyloid: a competition between amorphous and ordered aggregation
蛋白质以淀粉样纤维的形式聚集具有重要的生物学和技术意义。虽然自组装过程是非常有效的，聚集体不是在纤维状的形式也会发生，它是重要的，包括这些无序的物种时，讨论系统的热力学平衡行为。在这里，我们开始这样一个任务，通过考虑的混合物的单体蛋白质和相应的聚集体的无序形式（胶束）和纤维状的形式（淀粉样蛋白原纤维）。从这些物种各自的结合自由能的模型，我们计算它们的浓度在热平衡。然后，我们讨论如何纳入无序结构进一步了解经验观察到的各种淀粉样蛋白促进因子，和原纤化的动力学。
2009-08-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Multi-scale approach for self-Assembly and protein folding
我们开发了一种多尺度方法来模拟现实条件下的水合纳米生物系统（例如，纳米颗粒和蛋白质溶液在生理条件下在长达数小时的时间尺度上）。我们将生物界面处的水的原子模拟（例如，蛋白质或膜）和纳米界面（例如，纳米颗粒或石墨烯片）和用于蛋白质折叠和蛋白质设计的水合水的粗颗粒模型。我们研究蛋白质的自组装和结晶，在散装或约束下，和蛋白质吸附到纳米粒子的动力学，验证我们的预测与几个实验组合作。我们试图找到基本问题的答案（为什么水对生命如此重要？哪些特性使水在生物过程中独一无二？）我们能设计出更好的药物吗？我们能限制导致老年痴呆症的蛋白质聚集吗？如何实现nanotheranostic？）在这里，我们只关注我们的方法的两个较大的尺度：（i）在亚纳米长度尺度和毫秒到秒的时间尺度的水合蛋白质和蛋白质折叠的粗粒描述，和（ii）在10-100 nm的长度尺度和秒到小时的时间尺度的纳米颗粒上的蛋白质自组装的粗粒建模。
2017-07-04 cond-mat.soft
Studying protein assembly with reversible Brownian dynamics of patchy particles
蛋白质复合物如病毒壳、中心粒、核孔复合物或肌动蛋白细胞骨架的组装强烈地由它们的空间结构决定。此外，越来越清楚的是，蛋白质组装的可逆性也是其生物学功能的基本要素。在这里，我们介绍了一种计算方法的各向异性组装和完全可逆反应的补丁粒子的布朗动力学。不同的粒子随机缔合和解离的微观反应速率取决于它们的相对空间位置。所有蛋白质复合物的平移和旋转扩散特性进行了评价。因为我们专注于可逆组装，我们引入了一个计划，确保详细的平衡补丁粒子。然后，我们展示了宏观速率如何遵循微观速率。作为一个有指导意义的例子，我们研究了组装的五聚体环结构，我们发现模拟结果和宏观动力学描述之间的协议，没有任何可调参数。这表明我们的方法正确地解释了蛋白质组装中涉及的扩散和反应过程。
2014-05-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Mechanisms of virus assembly
病毒是纳米级的实体，含有包裹在称为衣壳的蛋白质外壳中的核酸基因组，并且在某些情况下被脂质双层膜包围。本文综述了衣壳在宿主细胞内和体外组装的物理过程。我们描述的热力学和动力学组装成二十面体衣壳壳的蛋白质亚基，以及这些是如何修改的情况下，衣壳组装周围的核酸或脂质双层。我们目前的实验和理论技术，已被用来表征衣壳组装，我们强调病毒组装的方面可能会在不久的将来得到显着的关注。
2014-07-15 cond-mat.soft q-bio.BM
Decorated Protein Networks: Functional Nanomaterials with Tunable Domain Size
具有设计师特性和功能的天然和人工蛋白质的实现为通过自组装形成的功能性纳米结构提供了无与伦比的机会。然而，为了利用所提供的机会，我们需要能够控制蛋白质组装成所需的结构，同时避免变性，从而保留蛋白质的功能。在这里，我们解决这个挑战与荧光蛋白的模型系统。利用自组装操纵技术的灵感来自软物质，其中组件之间的相互作用被控制，以产生所需的结构，我们表明，它是可能的组装网络的蛋白质的一个物种，我们可以装饰与另一个，其覆盖范围，我们可以调整。因此，每个组件的域之间的界面也可以调整，例如在能量传递中的应用。我们的荧光蛋白eGFP和mCherry模型系统在整个组装过程中保留了它们的荧光，从而证明功能性得到了保留。
2019-11-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Universal relations in the self-assembly of proteins and RNA
植根于物理学的概念在生物学中变得越来越重要，因为我们过渡到一个需要从分子到细胞水平的所有过程的定量描述的时代。在这篇文章中，我讨论了两个意想不到的发现，普遍的行为，在生物学中不常见，在蛋白质和RNA的自组装。这些令人惊讶的发现揭示了物理学思想应用于从折叠到基因表达到细胞运动和细胞间通讯的生物学问题可能会导致发现在可适应的生命系统中运作的普遍原则。
2014-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Tunable Crystalline Order and Growth Kinetics in 2D Binary Colloidal Self-assembly Driven by Depletion Interactions
本研究通过实验与分子动力学模拟发现，在耗散相互作用驱动的二维二元胶体自组装中，杂质颗粒比例增加会降低取向有序度并导致动力学受阻，其无序组装源于组装动力学的挫败而非拓扑挫败。
2024-10-21 cond-mat.soft
Electrostatic and hydrophobic patches on Amyloid-\b{eta} oligomers govern their fractal self-assembly: Implication to proteins
我们提出了一个通用的模型来描述蛋白质的分形自组装的静电和疏水相互作用。模型的预测与使用斑片状扩散限制聚集获得的模拟分形以及使用共聚焦显微镜实验观察到的淀粉样蛋白- \b{eta}（A \b{eta}）分形自组装相关。分子对接用于确定A \b{eta}寡聚体上的贴片的性质。类似的补丁属性被用来设计用于模拟的粒子。与模型预测一致，模拟的分形自组装的形成自由能与其分形维数成正比，而且它们的形貌与实验观察到的A \b{eta}在不同pH下的分形形貌相似.
2020-10-03 cond-mat.soft
Statistical Mechanics of Integral Membrane Protein Assembly
在膜整合蛋白（IMP）的合成过程中，多肽序列中的疏水氨基酸大部分被分配到膜内部，亲水氨基酸大部分被分配到水外部。我们分析的最低自由能状态的多肽序列划分成α-螺旋跨膜（TM）段和热波动的作用，使用多体统计力学模型。结果表明，IMP TM片段划分与蛋白质折叠的一般理论具有重要的特征。对于随机多肽序列，在室温下的最小自由能状态的特征在于具有非常长的弛豫时间的TM片段的数目的波动。简单的组装场景不会产生唯一数量的TM段，并且干扰现象会干扰段的放置。对于对应于IMP的序列，具有野生型片段数的最小自由能结构由于能谱中的异常间隙而没有数量波动，并且简单的组装方案产生这种结构。存在随机点突变的阈值数目，超过该阈值数目，该缺口的大小减小，使得野生型基态不稳定并且数目波动再次出现。
2009-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Modulating Hierarchical Self-Assembly In Thermoresponsive Intrinsically Disordered Proteins Through High-Temperature Incubation Time
本文发现高温孵育时间是调控类 resilin 固有无序蛋白分级自组装的关键参数，延长孵育可形成序列依赖的微米棒状、椭球状及纳米层状有序结构，为无序蛋白自组装控制提供了新方法。
2023-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Competition between monomeric and dimeric crystals in schematic models for globular proteins
实验技术和理论模型的进步提高了我们对蛋白质结晶的理解。但他们也留下了关于蛋白质相行为和自组装动力学的开放性问题，例如为什么（几乎）相同的结晶条件有时会导致形成不同的晶体形式。在这里，我们开发了一个补丁粒子模型与竞争集的补丁，提供了一个微观解释这种现象。我们确定不同的制度，其中一个或两个晶体形式可以共存的低密度流体。使用分析近似，我们将我们的研究结果扩展到不同的晶相，提供了一个通用的框架，用于处理蛋白质结晶时，多晶型竞争。我们的研究结果还表明，不同的实验路线针对特定的晶体形式，并减少两种形式之间的动态竞争，从而促进蛋白质晶体组装。
2014-03-17 cond-mat.soft q-bio.BM
Guided mechanical self-assembly of bubbles in fiber arrays
本文提出利用纤维阵列引导气泡力学自组装，通过X射线断层扫描和Steinhardt参数证实可制备开尔文及六方密排晶体泡沫，为有序层级材料提供新方法。
2024-09-30 cond-mat.soft
Acid induced assembly of a reconstituted silk protein system
将蚕茧重组成水悬浮液，通过比较蛋白质对盐酸和氯化钠的反应来研究蛋白质的稳定性。在与蛋白质质子化无关的<8 mM盐酸下发生聚集，而在相同浓度范围内的氯化钠不会引起聚集。我们使用光学和中子散射测量这些解决方案中的蛋白质和聚集体长度尺度上存在的结构，而质谱技术揭示了聚集体形成的可能机制。我们发现，酸的引入调节蛋白质的聚集体大小和渗透体积，这是没有观察到的盐的效果。
2017-01-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Switchable Conformation in Protein Subunits: Unveiling Assembly Dynamics of Icosahedral Viruses
本文通过设计新型亚基并建立分子动力学模型，揭示了二十面体病毒衣壳沿基因组从无序片段到完美对称结构的组装路径，并结合小角X射线散射与冷冻电镜实验验证了RNA包装机制。
2024-08-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Soft disorder modulates the assembly path of protein complexes
蛋白质的相互作用，灵活性和无序之间的关系已经从许多角度进行了探讨：折叠绑定后，灵活性的核心相对于外围，熵的变化等。在这项工作中，我们提供了统计证据参与复杂的组装高度流动和无序的区域。我们将PDB中的整套X射线晶体学结构排序为涉及相同或非常相似的蛋白质链的渐进相互作用的层次结构，产生了40205个复合物层次结构，其中伴侣数量不断增加。然后，我们检查他们作为代理的组装途径。使用这个数据库，我们表明，低聚后，新的接口往往被观察到的残基，其特征在于软无序（灵活，无定形或缺失的残基）在复合物之前，他们在层次结构。我们还排除了这种相关性只是一个表面效应的可能性，通过限制表面上的残留物的分析。有趣的是，我们发现，软无序残基的位置在序列中的变化，作为合作伙伴的数量增加。我们的研究结果表明，有一个一般的机制，蛋白质组装，涉及软无序和调制蛋白质复合物的组装方式。这项工作突出了从序列中预测大蛋白质复合物结构的困难，并强调了将疾病预测因子与下一代复杂结构预测因子联系起来的重要性。最后，我们调查的AF 2的置信度pLDDT的结构预测在未绑定与绑定结构，和软无序之间的关系。我们显示了很强的相关性AF2低置信度的残留物和工会的软障碍的层次结构中观察到的所有地区。这为使用pLDDT度量作为预测装配路径的代理铺平了道路。
2022-10-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft q-bio.BM
Two- or three-step assembly of banana-shaped proteins coupled with shape transformation of lipid membranes
BAR超家族蛋白具有香蕉形结构域，其导致脂质膜的局部弯曲。我们研究如何这样的局部各向异性曲率诱导蛋白质之间的有效相互作用，并使用无网格膜模拟改变囊泡和膜管的全局形状。蛋白质被建模为香蕉形的杆强烈粘附在膜上。我们的研究表明，棒组装通过两个连续的定向相分离不同于传统的二维相分离。随着杆曲率的增加，在膜管中，杆沿着方位角方向组装，随后沿着纵向方向组装，伴随着管的形状转变。在囊泡中，除了这两个组装过程之外，杆曲率的进一步增加诱导管状支架形成。
2014-08-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Inherent variability in the kinetics of autocatalytic protein self-assembly
在小体积中，丝状蛋白质自组装的动力学预计将显示出显著的可变性，这是由内在分子噪声引起的。这在现有的确定性模型中没有考虑到。我们引入了一个简单的随机模型，包括成核和自催化生长通过伸长和断裂，这使我们能够预测的影响，分子噪声的自催化自组装的动力学。我们推导出滞后时间分布的解析表达式，这与牛胰岛素原纤化的实验结果吻合得很好。我们的表达式分解的滞后时间的变化，从初级成核和自催化生长的贡献，并揭示了如何与关键的动力学参数，这些规模。我们的分析表明，显着的滞后时间的变化，可以从初级成核和自催化生长，并应提供一种方法来提取小体积实验的早期聚集的机械信息。
2014-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Electrostatic theory of viral self-assembly: a toy model
病毒从相同的衣壳蛋白和它们的基因组自组装，所述基因组由例如长单链（ss）RNA组成。对于一大类T = 3病毒，衣壳蛋白具有长的正N-末端尾。我们探讨了正N-末端尾巴扎根在衣壳的内表面和负SS RNA分子的刷之间的库仑相互作用所发挥的作用。我们发现，当SS RNA的总轮廓长度接近尾部的总长度时，病毒是最稳定的。对于这种结构，总RNA电荷的绝对值大约是衣壳电荷的两倍。这一结论与结构数据一致。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Polymeric Assembly of Gluten Proteins in an Aqueous Ethanol Solvent
小麦面筋蛋白的超分子结构在很大程度上是未知的，由于这个家族的蛋白质的内在复杂性和它们在水中的不溶性。我们在水/乙醇（50/50 v/v）中破碎谷蛋白，并获得蛋白质提取物，其耗尽麦醇溶蛋白（小麦谷蛋白的单体部分），并富含谷蛋白（小麦谷蛋白的聚合部分）。我们调查的结构的蛋白质在溶剂中用于提取在很宽的浓度范围内，通过结合X射线散射和多角度静态和动态光散射。我们的数据表明，在乙醇/水混合物中，蛋白质显示出良好溶剂中柔性聚合物链的特征。在稀的制度，蛋白质形成非常松散的结构的特征尺寸为150 nm，与内部动力学，这是定量类似的分支聚合物线圈。在更集中的制度，数据突出了一个层次结构与一个特征的长度尺度的顺序为几纳米，这显示了缩放与浓度预期的半稀释聚合物在良好的溶剂，和分形排列在更大的长度尺度。这种结构与聚合物凝胶的结构惊人地相似，从而提供了一些事实知识来合理化小麦面筋蛋白及其组装体的粘弹性。
2014-09-02 cond-mat.soft
Self-assembly of polyhedral shells: A molecular dynamics study
使用简化模型研究球形病毒中蛋白质壳形成的自组装动力学。这些多面体，超分子结构的自发自组装，其中二十面体对称性是一个显着的特点，是一种现象，其动力学仍然未被探索;通过计算机模拟研究的增长过程提供了访问的机制组装。为了捕获自组装的更普遍的方面，即组件形状影响结构和组装途径的方式，在这项探索性研究中，低分辨率近似用于表示基本蛋白质构建块。涉及不可逆和可逆组装的替代方法进行了讨论，这两个计划的基础上的模型进行了介绍，并描述所产生的行为的例子。
2004-07-18 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
The equilibrium structure of self-assembled protein nano-cages
了解如何高度对称，强大的，单分散的蛋白质笼自组装可以在生物纳米技术的各个领域，如药物输送，生物医学成像和基因治疗的主要应用。我们建立了一个模型来研究蛋白质亚基组装成具有不同大小和对称性的结构。利用蒙特卡罗模拟，我们得到了全局最小能量结构。我们的研究结果表明，包括外壳蛋白的自发曲率，灵活性和弯曲刚度的积木的物理性质是足以预测的组装产品的大小和纳米笼的对称性和形状选择性可以解释，至少在部分热力学基础上。本文还讨论了在体外组装实验中观察到的纳米笼的多晶现象。
2018-09-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Lipid Controlled Non-Monotonic Assembly and Rheology of an Egg Yolk Protein at Water-Soybean Oil Interface
Department of Physics, School of Natural Sciences, Shiv Nadar Institution of Eminence（锡南达尔卓越学院自然科学学院物理系）
该研究探究了卵黄高磷蛋白在水-大豆油界面的吸附与流变特性，发现脂质对其组装存在非单调调控作用，为优化食品产品组成提供了依据。
2026-08-13 cond-mat.soft
Viral self-assembly as a thermodynamic process
所有球形病毒的蛋白质外壳或衣壳都采用二十面体对称。本文提出了一个病毒自组装的统计热力学模型。我们发现，二十面体对称性是不预期的病毒衣壳构建从结构相同的蛋白质亚基，这种对称性需要（至少）两个内部的“开关”的蛋白质配置。我们的研究结果表明，二十面体对称性是不是一个通用的自由能最小化的后果，但需要优化的衣壳蛋白的内部结构参数。
2003-07-31 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pre-transition effects mediate forces of assembly between transmembrane proteins
我们提出了一种机制，一个通用的和强大的力量的组装和跨膜蛋白的流动性在脂质双层。这种力是宿主膜中有序相和无序相之间的一级转变的预转变（或预熔化）效应。使用大规模的分子模拟，我们表明，一个蛋白质的疏水厚度等于嵌入在一个有序的双层无序相稳定的微观有序-无序界面，该界面的刚度是有限的。当两个这样的蛋白质彼此接近时，它们会组装，因为组装会降低净界面自由能。与疏水效应类似，我们将这种现象称为“疏序效应”。这种效应是通过接近有序-无序相变以及蛋白质的大小和疏水性错配来介导的。的强度和范围所产生的订单恐惧效应的力量显着大于那些可能产生的膜弹性，我们检查的膜。
2015-11-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Molecular Assembly Lines in Active Droplets
大的蛋白质复合物由蛋白质亚基组装而成，形成特定的结构。在我们的理论工作中，我们提出，组装成正确的结构可以可靠地实现通过装配线与特定序列的装配步骤。使用液滴接口定位隔室边界，我们表明，装配线可以自组织的活性液滴。因此，组装步骤可以在空间上布置，使得实现特定的组装顺序，并且强烈抑制不正确的组装。
2021-03-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Shape transition from elliptical to cylindrical membrane tubes induced by chiral crescent-shaped protein rods
蛋白质通常在生物膜上形成手性组装结构。然而，手性在与非手性膜相互作用中的作用知之甚少。在这里，手性和非手性的新月形蛋白质棒之间的差异行为进行了研究，使用无网格膜模拟。非手性杆通过稳定椭圆的边缘使膜管变形成椭圆形状。相比之下，手性棒形成螺旋组件，除了椭圆形管之外，该螺旋组件还产生具有恒定半径的圆柱形膜管。这种螺旋组装可以通过蛋白质棒之间的直接侧向吸引来进一步稳定。这些结果与Bin/Amphiphysin/Rvs（BAR）超家族蛋白诱导的膜小管恒定半径的实验结果一致。
2018-07-25 cond-mat.soft physics.bio-ph
Collective deformation modes promote fibrous self-assembly in protein-like particles
该研究通过解析与数值模拟二维可形变颗粒，揭示集体形变模式、柔软内部模式及不可压缩性如何驱动大型各向异性纤维状聚集体形成。
2024-04-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Topological potentials guiding protein self-assembly
本研究提出一种结合加权总持续度量化的长程拓扑势与形态测量溶剂化自由能方法的策略，将蛋白质组装模拟成功率最高提升16倍，为克服分子模拟动力学势垒提供通用方案。
2025-09-02 cond-mat.soft cs.CG math.AT
Structure-based prediction of protein-folding transition paths
我们提出了一个描述蛋白质折叠过渡路径分布的一般理论。我们表明，过渡路径遵循一个可预测的序列的高自由能的瞬态分离的自由能障碍。每个瞬态对应于一个或多个离散的合作单元的组装，这些单元直接从原生结构确定。我们表明，折叠路径上的过渡状态时，达到一个小数目的临界接触之间形成一组特定的子结构，折叠后进行自由能下坡。这种方法提出了一个自然的分辨率区分平行折叠途径，并提供了一个简单的方法来预测在折叠反应的限速步骤。我们的理论确定了不同的天然结构的蛋白质的共同折叠机制，并建立了具有特定相互作用的聚合物自组装的一般原则。
2016-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Impact of a non-uniform charge distribution on virus assembly
许多球形病毒将其基因组封装在具有二十面体对称性的蛋白质外壳中。这个过程是自发的，由病毒外壳蛋白上的阳性结构域和阴性基因组之间的静电相互作用驱动。我们使用平均场论模拟了来自蛋白质壳而不是均匀的二十面体电荷分布的影响。我们发现，不均匀的电荷分布强烈影响最佳的基因组长度，它可以解释实验观察到的病毒和病毒样颗粒的过充电现象。
2017-05-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Measurements of the self-assembly kinetics of individual viral capsids around their RNA genome
病毒衣壳的形成是自组装的典型例子。病毒衣壳是围绕病毒基因组的高度有序的蛋白质外壳。许多正义RNA病毒的衣壳在体外由外壳蛋白和RNA的混合物自发组装而成。考虑到它们的结构复杂性，组装的适当衣壳的高产率是显着的：180个相同的蛋白质必须排列成三个不同的局部构型以形成三角形数为3（T = 3）的二十面体衣壳。尽管从结构研究和模拟中获得了大量数据，但即使是关于这些结构如何组装的最基本问题也仍未得到解决。实验还没有确定组装途径是否涉及聚集或成核，或者RNA如何控制这一过程。在这里，我们使用干涉散射显微镜直接观察在体外组装动力学的个别，未标记的衣壳的噬菌体MS2。通过测量从1 ms到900 s的时间尺度上有多少外壳蛋白与单个MS2 RNA链结合，我们发现组装的开始在时间上分布很广，随后结合蛋白的数量迅速增加。这些测量为成核和生长途径提供了强有力的证据。我们还发现，当第一个核生长完成之前，同一RNA上出现多个核时，畸形结构就会组装起来。我们的测量揭示了RNA周围病毒衣壳的复杂组装途径的定量细节，包括成核阈值，成核时间，生长时间和限制的临界核大小。这些结果可能为工程合成衣壳或破坏致病病毒组装的策略提供信息。
2018-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Timed material self-assembly controlled by circadian clock proteins
本研究利用生物钟蛋白KaiB和KaiC实现胶体的时间依赖性交联，使材料自组装具有可编程动力学，通过调控浓度实现材料结构的昼夜节律振荡或稳定，为合成材料引入生物计时器控制概念。
2024-03-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
The effect of RNA stiffness on the self-assembly of virus particles
在许多体外条件下，一些小病毒自发地将单链（ss）RNA包裹到称为衣壳的蛋白质外壳中。虽然病毒RNA被发现是紧凑的和高度分支的，因为核苷酸之间的长距离碱基配对，最近的实验表明，在没有二级或更高级结构的ssRNA和病毒RNA之间的头对头竞争中，衣壳蛋白优先封装线性聚合物！本文研究了基因组刚性对RNA与衣壳蛋白复合物的解离自由能的影响。我们发现，由于碱基配对，有效链刚度的增加可能是在某些条件下线性链在支链上具有优势的原因，当涉及到双糖苷化效率。虽然分支使基因组更紧凑，但RNA碱基配对增加了RNA分子的有效库恩长度，这可能导致RNA限制的自由能增加，即RNA限制所需的功，从而降低包装效率。
2018-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A synthetic T-cell receptor-like protein behaves as a Janus particle in solution
本研究发现合成T细胞受体样蛋白ImmTAC在溶液中表现出Janus颗粒特性，低浓度下会自缔合形成稳定寡聚体，通过Alphafold建模解释了该行为的机制，为理解此类蛋白的稳定性提供了新视角。
2024-06-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Quasi-Equilibrium Self-Assembly of Small RNA Viruses
我们提出了一个描述的准平衡自组装的小，单链（SS）RNA病毒的衣壳蛋白（CP）具有灵活的，带正电荷的，无序的尾巴，与带负电荷的RNA基因组分子。我们描述了这样的病毒的装配作为两个耦合的相变之间的相互作用一样的事件：由CP的蛋白质壳（衣壳）的形成和一个大的SS病毒RNA分子的缩合。CP之间的静电排斥与吸引性疏水相互作用和尾基介导的中和RNA片段之间的吸引性相互作用竞争。一个装配图是根据CP之间和CP与RNA分子之间的吸引力相互作用的强度推导出来的。它是比较与最近的研究结果的病毒组装。我们证明了传统的自组装理论，它描述了组装的\textit{empty}衣壳，是在一般情况下不适用于自组装的RNA-包埋病毒粒子。
2016-03-09 cond-mat.soft
Liquid crystal self-assembly of upconversion nanorods enriched by depletion forces for mesostructured material preparation
已知单分散棒状胶体颗粒自发地形成双相和近晶相液晶相，但是它们的自组装通常从基本软凝聚态物理的角度来利用。在这里，我们证明，由右旋糖酐和表面活性剂等非吸附聚合物驱动的耗尽相互作用可用于将光子上转换纳米棒的自组织丰富为取向有序的向列型和近晶状膜胶体超结构。我们研究了热力学相图，并展示了随后的复合材料所表现出的偏振相关的光子上转换，这是由固体纳米结构的独特性质和液晶自组织所实现的长程有序的叠加而产生的。最后，我们讨论了我们的方法，利用自组装由于空间和静电相互作用，以及吸引力耗尽力，可以使技术使用的溶致胶体液晶和介观结构复合材料，使他们能够，即使当他们形成的各向异性纳米粒子具有相对较小的纵横比。
2017-12-28 cond-mat.soft
Reentrant phase behaviour for systems with competition between phase separation and self-assembly
在有限团簇的自组装和液-汽相分离之间存在竞争的片状颗粒系统中，观察到重入相行为，随着温度在恒定密度下降低，系统从单体汽相过渡到液-汽相共存的区域，然后过渡到团簇的汽相。在这里，我们提出了一个经典的统计力学方法来确定这样一个系统的完整的相图。我们将该系统建模为范德华流体，但其中单体可以组装成单分散的簇，与任何其他物种没有吸引力的相互作用。所得到的相图显示了一个清晰的再进入区域。然而，对于模型的物理上最合理的参数值，这种行为被限制在一定的密度范围内，在高密度下仍然存在相分离。
2010-10-22 cond-mat.soft
Tunable supramolecular polymerization from protein charge heterogeneity and architecture
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；California State University Fullerton（加州州立大学富勒顿分校）
本研究以芽殖酵母Bem1为模型，通过实验和粗粒化模拟揭示了电荷极性、蛋白质架构和构象灵活性如何协同调控超分子聚合的长度和结构。
2026-06-03 cond-mat.soft physics.bio-ph
Micrometric particles twodimensional self-assembly during drying of liquid film
我们计算的自组织过程的单分散收集的球形微米颗粒被困在一个二维（2D）的薄液膜等温干燥的化学惰性基板上。基底是平坦的或锯齿状的，以在其表面上产生线性条纹。数值计算的结果进行了说明和讨论的光从干燥的金刚石颗粒水基悬浮液（$d_{50} = 10 μm$）在玻璃基板上获得的实验。悬浮液在平坦基底上的干燥导致形成线性图案和分布在基底整个表面上的微米颗粒的小簇，而悬浮液在锯齿状基底上的干燥导致颗粒沿着条纹的一侧聚集，该条纹的一侧具有比条纹的另一侧更高的粗糙度。这是一个简单的实验方法来获得胶体自组织模式。
2006-09-11 cond-mat.soft
The determinism and boundedness of self-assembling structures
自组装过程在自然界中广泛存在，是许多生物和物理现象的核心。自组装积木的特性决定了它们形成的结构。两个重要的性质是自组装的决定性和有界性。前者告诉我们同一组积木是否总是生成相同的结构，后者告诉我们它是否无限增长。这些性质在蛋白质结构的背景下是高度相关的，因为确定性蛋白质自组装和非确定性蛋白质聚集之间的差异是许多疾病的核心。在这里，我们介绍了一个图形理论的方法，可以确定的确定性和有界性的几个几何形状和自组装的维数比传统的方法更准确，更快。我们将这种方法应用于以前研究的晶格自组装模型，并讨论了广泛的其他自组装系统的推广
2018-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic dynamics of macromolecular-assembly networks
大分子复合物的形成和调节提供了大多数细胞过程的骨架，包括基因调控和信号转导。组装大分子结构的固有复杂性使得目前的计算方法在理解细胞组分之间的物理相互作用如何引起细胞的系统性质方面受到很大限制。在这里，我们提出了一个随机的方法来研究由大分子复合物形成的网络的动力学方面的分子之间的相互作用。利用关键的热力学概念，这种方法使得既可以估计反应速率，并将由此产生的组装动力学的细胞网络的随机动力学。作为原型系统，我们认为乳糖操纵子和噬菌体λ诱导开关，这依赖于形成的DNA环的蛋白质和这些蛋白质-DNA复合物整合到细胞内的网络。这种跨尺度方法提供了一个有效的起点，从网络图，如蛋白质-蛋白质和DNA-蛋白质相互作用网络，到细胞过程的实际动力学。
2006-09-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.MN
Fabrication of polyhedral particles from spherical colloids and their self-assembly into rotator phases
颗粒形状是在自组装中起重要作用的关键参数，例如，在设计具有所需性质的目标复杂结构中。在过去的几十年中，一个前所未有的范围内的单分散纳米粒子系统与控制的颗粒的形状已经成为可用的。相比之下，选择具有平坦小面的颗粒的微米级胶体构建块，即，具有多边形形状的颗粒受到明显更多的限制。这可以归因于这样的事实，即与纳米颗粒相反，较大的胶体明显更难合成为单晶。在本文中，我们证明了最简单的构建块，例如微米级聚合物球形胶体颗粒，已经足以制造具有规则放置的平面的颗粒，包括具有尖锐边缘的完全多边形形状。作为一个例子，产量是足够高的进一步的自组装研究，我们证明了形成的三维旋转相的荧光标记，微米级和带电的菱形十二面体颗粒。我们制造多面体粒子的方法为设计新材料开辟了新途径。
2015-01-12 cond-mat.soft
Interlayer Water Regulates the Bio-nano Interface of a \b{eta}-sheet Protein stacking on Graphene
利用分子动力学模拟，我们研究了一个集成的生物纳米界面组成的\b{eta}-折叠蛋白质堆叠在石墨烯上。我们发现模型蛋白质在石墨烯上的堆积组装可以通过水分子来控制。填充在生物纳米界面间隙中的层间水可抑制蛋白质表面基团的分子振动，从而削弱蛋白质的CH_（12）。π相互作用驱动蛋白质和石墨烯的吸引力。由于水和蛋白质表面的相互作用，蛋白质在石墨烯上的相对运动会使层间水的分子间耦合松弛。这种作用降低了层间水对蛋白质在石墨烯上组装的阻碍作用，使蛋白质在石墨烯上处于合适的吸附状态，形成了较深的自由能陷阱。由此可见，蛋白质与石墨烯之间的相互作用、蛋白质与水的耦合以及石墨烯与水的相互作用都参与了水分子在生物-纳米界面内行为的调控，从而控制了层间水对蛋白质在疏水石墨烯上组装的阻碍作用。这些结果提供了一个深入了解蛋白质吸附到石墨烯表面在水中的基本机制。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Why large icosahedral viruses need scaffolding proteins: The interplay of Gaussian curvature and disclination interactions
虽然小的单链病毒外壳自发地使它们的基因组发生变性，但许多大型病毒，如疱疹病毒或传染性法氏囊病病毒（IBDV），通常需要由支架蛋白或内核组成的模板。尽管自然界中大型病毒的增殖，但数百或数千个蛋白质组装形成具有二十面体序（IO）的结构的机制是完全未知的。使用连续弹性理论，我们研究了大的病毒壳（衣壳）的生长，并表明，一个非特异性的模板不仅选择半径的衣壳，但导致错误的蛋白质亚基组装成衣壳与通用IO。我们证明，作为一个球冠的增长，有一个深的潜在的位置的向错，后来在组装过程中将成为一个二十面体的顶点。此外，我们引入了一个极小模型，并在非平衡条件下模拟了病毒壳在模板周围的组装，发现连续弹性理论的结果和数值模拟之间的完美匹配。除了解释现有的实验结果，我们提供了一些新的预测。球形晶体中的其他问题的影响也进行了讨论。
2018-09-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Tiling a tubule: How increasing complexity improves the yield of self-limited assembly
设计和合成更复杂的胶体粒子的能力，开启了自组装复杂结构动物园的可能性，包括那些具有一个或多个自限长度尺度的结构。具有自限长度尺度的系统的一个不期望的特征是热波动可能导致附近的偏离目标的状态的组装。我们研究了通过使用多种类型的亚基来限制脱靶组装的策略。使用模拟和能量计算，我们探索这一概念，考虑组装的小管建立从三角形的亚基，绑定边到边。虽然原则上，单一类型的三角形可以组装成具有单分散宽度分布的小管，但实际上，结合位点的有限弯曲刚度导致形成脱靶结构。为了增加组装特异性，我们引入平铺规则，用于从多个种类的三角形组装小管。我们表明，目标结构的选择性可以显着提高通过使用多个种类的亚基，并提供了一个处方，选择所需的亚基种类的最小数量接近完美的产量。我们的方法，增加系统的复杂性，以减少邻近结构的可访问性应推广到其他系统以外的自组装的小管。
2021-11-08 cond-mat.soft
Analyzing mechanisms and microscopic reversibility of self-assembly
我们使用计算机模拟研究自组装在一个系统的模型伴侣蛋白质，并在伊辛格子气。我们讨论了这些系统中快速有效组装的机制，并使用动态活动和组装进展的测量来比较它们的动力学捕获倾向。我们使用一个简单的极小模型的解析解来说明与这种捕获相关的关键特征，特别注意粒子可以错误绑定的方式的数量。我们讨论的相关性，我们的研究结果的设计和控制的自组装一般。
2011-12-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Microfluidic self assembly
胶体科学的最新进展导致了精心制作的自组装结构，其复杂性为制作新材料带来了希望。然而，产量极低，因此，生产具有工业价值的材料的机会非常低，例如，利用完整的三维带隙的突破性光学器件。我们发现了一种新型的流体动力学效应，可以解开这个瓶颈。它是基于偶极流的相互作用，建立时，液滴被减慢的微通道壁，他们被运输。再加上耗尽力，我们成功地形成，通过一个连续的流动过程中，在前所未有的速度和精密的控制下，丰富的合奏单分散平面和三维集群，如链，三角形，钻石，四面体，异三聚体，拥有几何，化学和/或磁性各向异性，使定向键合。可以设想每秒连续生产数百万个构建模块，用于制作新的功能材料。
2014-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Symmetry and size of membrane protein polyhedral nanoparticles
在最近的实验中[T. Basta等人，Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111，670（2014）]观察到脂质和膜蛋白自组装成具有明确定义的多面体蛋白质排列和特征尺寸的膜蛋白多面体纳米颗粒（MPPN）。我们开发了一个模型的MPPN自组装中出现的蛋白质诱导的脂质双层变形，蛋白质包装中的拓扑缺陷，和热效应的相互作用，优选的对称性和大小的MPPN。所有的模型参数直接从实验中确定，我们的模型正确地预测所观察到的对称性和大小的MPPN。我们的模型表明，关键的脂质和蛋白质的性质可以被修改，以产生一系列的MPPN对称性和大小的实验。
2016-11-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DNA looping in gene regulation: from the assembly of macromolecular complexes to the control of transcriptional noise
由结合在远端DNA位点的蛋白质和蛋白质复合物形成的DNA环在许多细胞过程中起中心作用，例如转录、重组和复制。在这里，我们回顾了基本的热力学概念的大分子复合物的组装成环的DNA和这个过程中的基因调控的性能的影响。除了传统观点认为DNA成环是一种增加调控分子对其同源位点亲和力的机制之外，最近的发展表明DNA成环还可以导致细胞间变异性的抑制、转录噪音的控制以及按需激活合作相互作用。
2005-02-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
