A structure-based model fails to probe the mechanical unfolding pathways of the titin I27 domain
我们讨论了使用基于结构的C $α$ -Go模型和Langevin动力学来详细研究肌联蛋白I27结构域的力学性质和去折叠途径。我们表明，一个简单的围棋模型正确地检测到这个域的机械稳定性的起源。展开的自由能景观参数$x_u$和$ΔG^{\ddagger}$，提取的展开力对牵引速度的依赖关系，发现相当好地同意与实验。我们预测，以上$v=10^4$ nm/s的额外的力诱导的中间状态填充在端到端的扩展约$75 \mathring{A}$。解折叠路径中的力诱导开关发生在临界牵拉速度$v_{crit} \approx 10^6-10^7$ nm/s。我们认为，这个临界拉速是贝尔理论工作的区间的上限。然而，我们的研究结果表明，GO模型未能正确再现实验观察到的机械展开途径，产生一个不完整的图片的自由能景观。令人惊讶的是，实验观察到的A股分离的中间状态并没有在GO模型模拟中在很宽的牵拉速度范围内填充。从展开过程的早期阶段就可以清楚地看到模拟和实验之间的差异，这表明Go模型在再现展开途径和破译自由能景观的全貌方面存在局限性。
2013-08-14 physics.bio-ph q-bio.BM
Fodis: software for protein unfolding analysis
蛋白质在单分子水平上的折叠动力学已经用单分子力谱（SMFS）实验研究了20年，但是用于分析收集的数据和在科学界成员之间共享的通用标准化方法仍然不可用。我们开发了一个新的开源工具，Fodis，用于分析SMFS实验中获得的力-距离曲线，提供了一个几乎自动化的处理，分析和分类所获得的数据。我们的方法还提供了一个分类的可能的展开途径和结构的异质性，目前在展开的蛋白质。
2018-09-27 q-bio.BM
Topological transformations in proteins: effects of heating and proximity of an interface
使用基于结构的粗粒度蛋白质模型，我们研究了打结蛋白质通过加热展开的机制。我们发现，主要的展开机制取决于所施加的温度，一般是不同的折叠在其最佳温度。特别是，对于浅打结的蛋白质，折叠通常涉及两个环的形成，而通过高温加热的解折叠主要是由单个环的解绑。解开结被发现一般在展开之前，除非蛋白质深深打结并且加热温度超过阈值。然后，我们使用的空气-水界面的现象学模型表明，这样的界面可以解开浅结，但它也可以使天然解开的蛋白质结。
2017-01-19 q-bio.BM
Theoretical studies of the kinetics of mechanical unfolding of cross-linked polymer chains and their implications for single molecule pulling experiments
我们用动力学蒙特卡罗模拟研究了机械载荷下交联聚合物链的展开动力学。当链条的两端被拉开时，每个交叉点传递的力都会增加，直到它断裂。随机交联断裂过程被假定为受一阶动力学与速率，指数依赖于所传输的力。我们已经进行了随机搜索，以确定最佳的交联结构，其展开需要一个大的作用力（强度的措施）和/或大的耗散能量（韧性的措施）。我们发现，这样的最佳链总是涉及交叉链接安排，形成平行股。这些最佳股线的位置通常取决于加载速率。具有少量交叉链接的最佳链被发现几乎与具有大量交叉链接的最佳链一样坚固和坚韧。此外，具有少量交叉链接的链的最优性可以容易地通过随机添加交叉链接而被破坏。目前的研究结果是相关的单分子力探针光谱研究的机械展开的承重蛋白质，其原生拓扑结构往往涉及平行链的安排类似的最佳配置中确定的研究的解释。
2004-09-16 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph q-bio.BM
A toy model of polymer stretching
我们提出了一个非常简化的模型的多域聚合物拉伸的原子力显微镜实验。我们描绘每个模块作为一个二进制的一组接触，并分解成一个谐波项（悬臂）和长程相互作用项内的每个域的系统能量。精确的平衡计算和Monte Carlo模拟定性地再现实验的锯齿形图案的力的扩展配置文件，对应（在我们的模型）的一阶相变。我们研究了悬臂梁引起的耦合和拉动速度对力峰相对高度的影响。结果表明，临界力的高度增加，随后的展开事件是一个不平衡的效果，由于一个有限的拉动速度。平均展开力对拉伸速度的依赖关系再现了实验对数定律。
2006-07-15 q-bio.BM
Energy landscape of ubiquitin modulated by periodic forces: Asymmetric protein stability and shifts in unfolding pathways
在所有生物体中，生物力支配着基本的细胞和分子过程。许多细胞力，例如在生物机器的循环构象变化中产生的那些力，具有重复的分量。然而，人们对蛋白质如何处理重复的机械应力知之甚少。为了获得对动态蛋白质力学的初步认识，我们探讨了周期性力扰动下单聚体和多聚体泛素的机械稳定性。使用粗粒度的分子动力学模拟，我们能够模拟重复力的周期约两个数量级以上的折叠泛素的弛豫时间。我们发现，即使是一个小的周期性的力量削弱了蛋白质，并改变其展开途径的频率和振幅依赖性的方式。我们的研究结果还表明，即使是一个小的蛋白质的动态响应可以是复杂的瞬时重折叠的二级结构和不对称蛋白质稳定性的本地相互作用的重要性越来越大。这些意见进行了定性和定量的解释，使用能源景观模型和讨论的光动态单分子测量和生理力量。我们相信，我们的方法和结果为更好地理解动态蛋白质生物力学和生物力产生的框架提供了第一步。
2008-09-16 q-bio.BM
Direction dependent mechanical unfolding and Green Fluorescent Protein as a force sensor
利用类伊辛蛋白质模型研究了绿色荧光蛋白沿不同方向的机械展开。当蛋白质从其末端被拉出时，我们恢复了实验中观察到的主要和次要的解折叠途径。通过改变拉力的方向，我们可以找到正确的大小顺序和展开力的排列顺序。利用平衡时展开力的方向依赖性，我们提出了一种力传感器，其发光取决于所施加的力。
2011-07-21 cond-mat.soft q-bio.BM
Protein mechanical unfolding: importance of non-native interactions
采用全原子分子动力学方法，在GRMOS 96力场43 a1和简单点电荷显式水溶剂中，研究了盘状毛盘藻丝蛋白第四结构域（DDFLN 4）的机械去折叠.我们的研究揭示了一个重要的作用，非本地相互作用的展开过程。也就是说，在力-延伸曲线中以端到端延伸22 nm为中心的峰的存在与非天然氢键的断裂有关。在实验中观察到了这样的峰值，但在Go模型中没有观察到，在Go模型中，非原生交互被忽略了。我们预测，不仅使用GROMOS 96力场43 a1，而且使用Amber 94和OPLS力场，在2nm处出现另外的峰。这一结果将激发对DDFLN 4弹性性能的进一步实验研究。
2009-12-06 q-bio.BM
Proteins in a shear flow
利用布朗动力学模拟方法研究了剪切流中单个蛋白质分子的构象动力学。一个基于结构的粗粒度模型的蛋白质。我们认为两种蛋白质，泛素和整合素，并发现在中等剪切速率下，他们展开通过一系列的亚稳态-一种模式，这是不同的平滑解开中发现的均聚物。只有在非常大的剪切速率下才会发生完全解折叠。此外，氨基酸之间的流体动力学相互作用被证明是阻碍剪切流展开。解折叠过程的特征取决于蛋白质是否被锚定，如果是，则取决于锚定点的选择。
2007-10-11 q-bio.BM
Thermal unfolding of proteins
在一个简单的基于拓扑结构的动力学模型中，将蛋白质的热去折叠与折叠和机械拉伸进行了比较。我们定义了展开时间，并证明了它的低温发散性。在特征温度以下，接触在不同的时间尺度上断开，并且展开大致以与折叠相反的方式进行。在这些方案中的功能同意的实验和原子模拟的titin。
2006-01-30 q-bio.BM q-bio.QM
Protein Folding/Unfolding Phenomenon is originated by Synchronization/Desynchronization of Instantaneously Induced Oscillating Dipoles. A Hypothesis
蛋白质折叠是一个研究了大约50年的现象，仍然是一个未解决的问题。这个过程的主要特征是它以全或无的过程发生，因此蛋白质可以直接在折叠和未折叠状态之间跳跃。本文提出，与蛋白质折叠相关的协同现象起源于瞬时诱导偶极子的同步振荡相，这种同步振荡相引起了范德华伦敦色散相互作用。当诱导偶极子的振荡同步时，触发增强的相互作用机制，并且蛋白质进入折叠过程。这种状态在整个分子结构中的传播完成了折叠过程。如果在任何组件合作网络中引入足够强的去同步扰动，系统就会进入一种减弱的--甚至是排斥的--范德华力分散相互作用状态，这种相互作用状态会在整个结构中传播，从而引发相变，最终展开蛋白质。
2020-09-04 q-bio.BM
Relevance of the speed and direction of pulling in simple modular proteins
对简单模块蛋白质在长度控制拉伸实验中的去折叠途径进行了理论分析。在这个框架内，我们预测的第一个模块展开在一个链的相同的单位，强调的范围内的拉动速度，我们希望我们的理论举行。这些理论预测检查通过转向分子动力学的一个简单的结构，特别是一个链组成的两个卷曲线圈的动机，揭示了各向异性的功能。这些模拟也使我们能够给出一个估计的范围内的拉动速度，我们的理论方法是有效的。
2018-05-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Substructural cooperativity and parallel versus sequential events during protein unfolding
根据“旧观点”，蛋白质折叠沿着明确的顺序路径，而“新观点”认为蛋白质折叠作为一个高度平行的随机过程漏斗形的能量景观。我们已经分析了大量的分子动力学解折叠轨迹的蛋白质CI 2在高温下的并行和顺序过程。使用严格的统计措施，我们量化的程度上的顺序两个结构层面。展开过程是高度平行的微观结构水平上的个人接触。在一个粗糙的，宏观结构水平的接触集群，特征并行和顺序事件出现。这些特征事件可以从接触簇之间的环闭合依赖性来理解。的接触的展开时间的相关性分析揭示了高度的子结构内的接触集群的协同性。
2006-01-28 cond-mat.soft q-bio.BM
In silico evidence that protein unfolding is as a precursor of the protein aggregation
我们提出了一个计算研究蛋白质的折叠和聚集在水环境中，作为其浓度的函数。我们展示了单个蛋白质种类的浓度的增加如何在不发生聚集的情况下诱导天然构象的部分展开。蛋白质浓度的进一步增加导致折叠结构的完全丧失并诱导蛋白质聚集体的形成。我们讨论了蛋白质水化壳层中的水波动及其在蛋白质-蛋白质相互作用中的相关性。
2019-06-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Unfolding knots by proteasome-like systems: simulations of the behaviour of folded and neurotoxic proteins
已经提出蛋白质中的结抵抗蛋白酶体降解。大量证据表明蛋白酶体降解与神经退行性变有关。一个有趣的可能性是，确实打结构象失速这一机制导致毒性。然而，尽管已知蛋白酶体机械地展开其底物，但目前还没有实验方法来模拟这种特定的牵引几何形状。在这里，我们考虑几个动力学模型的蛋白酶体中的复杂的是由一个有效的潜在的拉力。该力旨在诱导蛋白质或多肽移位到催化室中。该力是恒定的或周期性地施加。易位蛋白质以粗粒度的方式建模。我们做比较分析的几个打结的球状蛋白和短暂打结的多聚谷氨酰胺束长度60单独和融合在亨廷顿蛋白的外显子1。亨廷顿蛋白与亨廷顿病相关，亨廷顿病是一种众所周知的遗传决定的神经退行性疾病。我们表明，存在一个结阻碍，有时甚至堵塞易位。我们证明，这样做的概率取决于蛋白质，蛋白酶体的模型，拉力的大小，和选择的拉终端。在任何情况下，净效应将是细胞中蛋白酶体降解过程的障碍。这将产生\textit{via}两种不同的毒性机制：一种通过毒性单体破坏降解，另一种通过形成毒性低聚物。我们的工作铺平了道路的机械解折叠的打结结构的蛋白酶体及其与毒性和疾病的关系的机制调查。
2016-10-13 q-bio.BM
Mechanical Unfolding of a Simple Model Protein Goes Beyond the Reach of One-Dimensional Descriptions
我们研究了一个简单的模型蛋白质的机械展开。Langevin动力学的结果进行了分析，使用马尔可夫模型的方法，可以完全描述系统的配置空间。使用过渡路径理论，我们还提供了一个定量描述的系统所遵循的展开途径。我们的研究显示了一个复杂的动态场景。特别是，我们看到通常的一维图像：自由能与端到端距离表示，给出了对过程的误导性描述。解折叠可以发生在不同的路径和配置，似乎在一维图像中发挥核心作用，而不是解折叠动力学的中间状态。
2015-06-05 physics.bio-ph q-bio.BM
Structural entanglements in protein complexes
我们考虑多链蛋白质的天然结构，并提出了一个标准，确定系统中的两条链是否纠缠或不。该标准是基于通过在两个链中同时拉动每个链的两个端部所观察到的行为。我们已经在蛋白质数据库中确定了大约900个纠缠系统，并对其中几个进行了更详细的分析。我们认为，纠缠增强了系统的热力学稳定性，但它可能有其他功能：掩埋在界面处的疏水残基，并增加DNA或RNA的结合面积。我们还研究了打结的二聚体蛋白质MJ0366，YibK和细菌光敏色素的折叠和拉伸特性。迄今为止，这些蛋白质在理论上是以单体形式进行研究的。二聚体在通过拉伸机制拉伸时分离，并且特征解开力取决于拉伸方向。
2017-07-12 q-bio.BM
Chetaev Instability Framework for Kinetostatic Compliance-Based Protein Unfolding
了解蛋白质去折叠的过程在各种应用中起着至关重要的作用，例如基于折叠的蛋白质引擎的设计。使用成熟的基于动静力学顺应性（KCM）的方法建模的蛋白质构象动力学和最近的非线性控制理论的方法，基于KCM的蛋白质折叠，本文制定了蛋白质去折叠作为一个不稳定的控制分析/合成问题。根据这一提法，它表明，Chetaev不稳定性框架可以用来研究基于KCM的展开动力学。特别是，一个Chetaev函数的展开动力学的光镊和一类控制Chetaev函数的影响下，合成控制输入，延长蛋白质链从它们的折叠构象的分析。基于所提出的控制Chetaev函数，从Artstein-Sontag通用公式导出展开输入，并将结果与基于光镊的展开进行比较。
2022-05-15 cs.SY eess.SY math.OC
Using Steered Molecular Dynamic Tension for Assessing Quality of Computational Protein Structure Models
蛋白质的天然结构，除了内在无序蛋白的显著例外之外，一般在生理条件下采取它们最稳定的构象以维持它们的结构框架，使得它们的生物学功能可以适当地执行。在实验上，蛋白质的稳定性可以通过几种方法来测量，其中使用原子力显微镜（AFM）的拉伸实验是一种独特的方法。AFM直接测量来自展开的阻力，其可以从观察到的力-延伸曲线量化。它已被证明，在原子力显微镜拉实验中观察到的关键功能，可以很好地再现计算分子动力学模拟。在这里，我们应用计算拉动来估计计算蛋白质结构模型的准确性，假设结构稳定性与模型的准确性（即与天然蛋白质的接近度）正相关。我们使用了来自结构预测技术的关键评估（CASP）的24种靶蛋白的总共4，929个结构模型，并研究了断裂力的大小，即，根据力分布图重新排列模型结构所需的力是用于选择近原生模型的足够信息。我们发现，近原生模型可以成功地选择，通过检查他们的断裂力表明高断裂力确实表明模型的高稳定性。另一方面，也有接近原生的模型具有相对较低的峰值力。探讨了断裂力稳定性的机理。
2021-10-22 q-bio.BM
An Ising-Like model for protein mechanical unfolding
通过扩展Wako-Saito-Munoz-Eaton模型研究了蛋白质的机械去折叠，该模型是一个简化的二自由度蛋白质模型，已被证明能成功地描述蛋白质折叠的动力学过程.这样一个模型被推广到包括一个外力的影响，其热力学证明是精确可解的。我们考虑两个分子，第27免疫球蛋白结构域的肌联蛋白和蛋白质PIN 1。在titin的情况下，我们确定平衡力延伸曲线和研究的框架中的动态加载和力钳协议的非平衡现象，验证理论定律，并找到阻碍展开的分子的动力学障碍的位置。PIN 1分子被用来检查的自由能景观作为一个函数的分子长度的Jarzynski等式的扩展形式的装置计算的可能性。
2007-04-11 cond-mat.soft q-bio.BM
Protein mechanical unfolding: a model with binary variables
一个简单的晶格模型，最近推出的Wako-斋藤模型的蛋白质折叠的推广，被用来研究广泛研究的分子在外力下的性质。模型蛋白质的平衡性质，连同他们的能量景观，研究的基础上的精确解的模型。之后，分子的动力学响应的力被认为是，讨论力钳和动态加载协议，并显示理论预期得到验证。的动力学参数表征的蛋白质展开进行评估，通过使用计算机模拟和同意很好地与实验结果，当这些是可用的。最后，利用扩展的Jarzynski等式，研究了用拉实验重建蛋白质自由能景观的可能性。
2007-06-19 cond-mat.soft q-bio.BM
Insights into Protein Unfolding under pH, Temperature, and Shear using Molecular Dynamics Simulations
本研究通过全原子分子动力学模拟发现，高温、酸性pH和剪切应力分别通过不同途径诱导牛血清白蛋白去折叠，提示需针对不同应激源采取差异化稳定策略。
2024-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Stretching of proteins in a uniform flow
拉伸的蛋白质的流体流进行比较，在力钳装置。的比较是在一个简单的拓扑为基础的动态模型的蛋白质中的流动的影响，使用朗之万动力学实现。我们表明，由均匀流动引起的展开显示出比力钳更丰富的行为。发现解折叠的动力学强烈依赖于氨基酸的选择，通常是锚定的末端之一。与基于原子力显微镜的实验相比，这些特征提供了潜在的更广泛的诊断工具来研究蛋白质的结构。
2006-10-25 q-bio.BM
Role of Resultant Dipole Moment in Mechanical Dissociation of Biological Complexes
蛋白质-肽相互作用在许多细胞过程中起着重要作用，其结构表征是当前实验和理论研究的主要焦点。20年前，有人提出采用受控分子动力学来评估蛋白质-肽相互作用的强度。使用导向分子动力学模拟背后的想法是，机械稳定性可以用作计算上要求很高的结合亲和力估计的有希望和有效的替代方案。然而，机械稳定性定义为力-延伸曲线的峰值，取决于牵拉方向的选择。在这里，我们提出了一个不寻常的选择的方向上的合力偶极矩矢量，这还没有在模拟中探索到目前为止。采用显式溶剂全原子分子动力学模拟方法，利用操纵分子动力学技术研究了蛋白质-肽体系沿两种不同矢量运动时的机械阻力。与常用的沿着质心矢量的肽解结合相比，沿着合成偶极矩矢量的新的拉动方向导致更强的力。我们的研究结果表明，合成偶极矩是影响蛋白质-肽复合物的机械稳定性的因素之一。
2018-08-10 q-bio.BM
Pathways and kinetic barriers in mechanical unfolding and refolding of RNA and proteins
利用自组织聚合物模型，我们预测了核酶和绿色荧光蛋白的机械去折叠和重折叠途径。与实验一致，四膜虫核酶中有6到8个解折叠转变。根据加载速率，Azoarcus核酶的力斜坡展开中的裂口数在2到4之间。四膜虫核酶的P4-P6亚结构域的力淬灭重折叠通过紧凑的中间体发生。随后在螺旋P5 b-P6 a和P5 a/P5 c-P4之间形成三级接触导致天然状态。力猝灭重折叠途径同意合奏实验。在显性解折叠途径中，GFP的N-末端a螺旋首先解折叠，随后是N末端b链的破坏。还有第三个中间过程，涉及到其他三条链的分裂。与实验一致，GFP的强制猝灭复性途径是分级的，限速步骤是桶的关闭。
2006-11-16 cond-mat.soft q-bio.BM
Force-dependent switch in protein unfolding pathways and transition state movements
尽管已知单结构域蛋白质通过平行途径折叠和展开，但在实验中很难证明这种预期。在src SH 3结构域上的单分子牵拉实验中获得的解折叠速率$k_\mathrm{u}(f)$作为力$f$的函数，在$\log k_\mathrm{u}(f)$图上显示向上的曲率。对于其他蛋白质的解折叠速率$k_\mathrm{u}([C])$也报告了类似的观察结果。这些发现意味着这些单结构域蛋白的解折叠涉及$f$或$[C]$从低值增加到高值时通路中的转换。我们提供了一个统一的理论证明，如果$\log k_\mathrm{u}$作为一个扰动的函数（$f$或$[C]$）表现出向上的曲率，那么潜在的能量景观必须是强多维的。使用分子模拟，我们提供了一个结构基础的开关的途径和戏剧性的转变过渡态系综（TSE）在src SH 3结构域作为$f$增加。我们发现，一个单一的点突变转移向上的曲率在$\log k_\mathrm{u}(f)$到一个较低的力，从而建立了底层折叠景观的延展性。我们的理论，适用于任何扰动，影响自由能的蛋白质线性，很容易解释运动的TSE在$β$ -三明治（I27）蛋白质和单链莫奈林作为变性剂浓度是不同的。我们预测，在激光光镊实验中可访问的力范围内，I27或其突变体的去折叠途径中应该有一个开关。
2015-12-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Thermal induced unfolding refolding of a nucleocapsid COVN protein
粗粒COVN蛋白质从其天然构型的展开显示出随温度升高的线性响应，随后在其回转半径中出现非单调双峰。该蛋白质符合在天然状态下的折叠片段的无规卷曲，在特定温度范围内具有增加的纤细和球状结构，其中相应结构D的有效尺寸为约1.6至2.4。单独的热搅拌不足以完全消除其节段折叠，因为即使在高温下，也发现在诸如65W、110Y、224L、374P的残留物周围存在很少的折叠。
2020-04-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Free energy landscape of two-state protein Acylphosphatase with large contact order revealed by force-dependent folding and unfolding dynamics
酰基磷酸酶（AcP）是一种由98个氨基酸残基组成的小分子蛋白质，催化羧基-磷酸键的水解。AcP是一种典型的双态蛋白，由于其天然结构中相对较大的接触顺序，折叠速率较慢。用原子力显微镜研究了磷酸亚铁的力学性质和去折叠行为。但在低力下的折叠和展开动力学还没有报道。在这里，使用稳定的磁镊，我们测量的力依赖性的折叠速率范围从1 pN到3 pN，和展开速率从15 pN到40 pN。所获得的展开速率在低于和高于~27 pN的力下显示出不同的力敏感性，这决定了具有两个能垒的自由能景观。我们的研究结果表明，小球状蛋白质的自由能景观一般双峰驼形状，和大的接触秩序的天然状态产生了一个高的障碍占主导地位，在低力。
2022-03-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Thermal Folding and Mechanical Unfolding Pathways of Protein Secondary Structures
通过类GO模型的分子动力学模拟研究了二级结构的机械拉伸。力-位移曲线作为牵引装置的刚度和速度的函数进行了研究。拉伸事件的连续性，如通过接触破裂的顺序所测量的，与热折叠和展开期间的事件序列进行比较。发现$α$ -螺旋和$β$ -发夹结构存在相反的交叉相关性。在两个$α$ -螺旋的串联中，两个组成螺旋几乎同时解开。同时与顺序解开的重复单元的一个简单的条件。
2001-12-11 cond-mat.soft q-bio.BM
ForceGen: End-to-end de novo protein generation based on nonlinear mechanical unfolding responses using a protein language diffusion model
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Tufts University（塔夫茨大学）
本研究提出ForceGen生成模型，结合预训练蛋白质语言模型与扩散机制，基于非线性力学解折叠响应从头设计蛋白质，经全原子模拟验证可满足目标力学性能，为力学生物学蛋白质材料发现提供新路径。
2023-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.CL
Unfolding protein with an atomic force microscope: Force-fluctuation induced non-exponential kinetics
我们表明，在实验原子力显微镜研究的机械应力折叠蛋白质的寿命分布的外部施加的波动的影响不能区分从那些内部存在的波动。在某些情况下，这会导致人为的非指数寿命分布，这可能被误解为蛋白质复杂性的特征。这项工作突出了在对分子水平上起作用的物理学得出结论之前，充分表征和控制蛋白质机械研究中波动的外部来源的重要性。
2011-10-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanical resistance in unstructured proteins
对与神经退行性疾病相关的非结构化蛋白质进行的单分子拉伸实验测得的断裂力与稳定折叠蛋白质的断裂力相当。为了研究这种意想不到的力抵抗的结构机制，我们从模拟的游离单体的构象集合开始，对淀粉样β肽（Aβ）和α-突触核蛋白（αS）进行了拉伸模拟。对于这两种蛋白质，模拟产生一组破裂事件，与实验数据吻合得很好。通过分析每个事件中断裂前的构象，我们发现机械抗性结构具有共同的结构，与淀粉样蛋白原纤维中Aβ和αS所采用的折叠相似。研究发现，与疾病相关的Aβ北极突变会增加高度抗力结构的发生。我们的研究表明，在Aβ和αS拉伸实验中观察到的高断裂力是由可能在淀粉样蛋白形成中起关键作用的结构引起的。
2013-06-18 physics.bio-ph q-bio.BM
Atomistic simulation of the Coupled adsorption and unfolding of protein GB1 on the polystyrenes nanoparticle surface
蛋白质在纳米颗粒表面的吸附/脱附是开发涉及生物材料的新纳米技术的一个重要过程，但缺乏该过程及其与蛋白质构象变化的耦合的原子图像。在这里，我们报告我们的研究蛋白质GB 1的吸附在聚苯乙烯纳米粒子表面使用原子分子动力学模拟。启用元吸附，我们探索了相关的相空间，并确定了三种蛋白质状态，每个蛋白质状态涉及的吸附和解吸状态。研究了GB 1在吸附过程中二级和三级结构的变化，以及不同吸附阶段蛋白质与表面的主要相互作用。从仿真结果中，我们得到了一个方案，这是更合理和完整的比传统的。我们相信新的情景更适合作为理解和解释实验信号的理论模型。介绍
2017-11-09 physics.bio-ph q-bio.BM
Solvent Sensitivity of Protein Unfolding: Study of Chicken Villin Headpiece Subdomain in Water-Ethanol and Water-DMSO Mixtures
在目前的工作中，我们研究和比较展开的小蛋白，鸡绒毛头部（HP-36）在两种不同的水二元混合物，即水-乙醇（EtOH）和水-二甲基亚砜（DMSO）。在两种二元混合物中，发现HP-36在环境条件下解折叠（完全或部分，取决于混合物），否则需要高达~600 K的温度以在纯水性溶剂中变性。在所有情况下，发现解折叠的第一步是相似的，即由构成疏水核心的三个疏水（苯丙氨酸）残基即Phe-7、Phe-11和Phe-18形成的簇的分离，从而引发蛋白质的螺旋-2的解链。随后的解折叠步骤在不同的化学环境中遵循不同的路径。由于水-DMSO和水-乙醇都显示出依赖于组成的异常，因此展开动力学的细节也是如此。随着共溶剂浓度的增加，发现在两种情况下形成不同的部分未折叠的中间体。这反映在一个显着的非单调组合物依赖的几个顺序参数，包括分数的天然接触和蛋白质-溶剂相互作用能。这种部分未折叠状态的出现特别归因于乙醇的乙基和DMSO的甲基对疏水残基的优先溶剂化。而在DMSO中的蛋白质逐渐达到一个完全展开的状态在xDMSO=0.30，在水-乙醇中展开似乎是更复杂和敏感的溶剂组合物。
2013-07-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Kinetic barriers in RNA unzipping
我们考虑一个简单的模型，在动态加载下的RNA三级结构的展开。这种结构的打开被认为是两个步骤的过程，每个步骤对应于克服单个能量势垒。由此产生的两个障碍的能量景观占的依赖性的展开动力学上的拉动速率。此外，在中间力，这两个障碍不能区分的开放动力学的分析，这原来是由一个单一的宏观障碍，其性质取决于非平凡的两个单一的障碍。我们的研究结果表明，在含有三级结构的RNA分子上的拉伸实验中，单个动力学势垒的细节只能使用低的拉伸速率值，或在高的力制度。
2004-05-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Probability of observing a number of unfolding events while stretching poly-proteins
单分子多聚蛋白质的机械拉伸是在单分子水平上研究蛋白质折叠（解）、化学催化和高分子物理的新兴工具。观察到的过程，即展开或还原事件，通常被认为是随机的，并且其性质容易受到实验的有限持续时间的审查。在这里，我们开发了一个正式的分析和实验的描述在各种条件下的实际利益的观察到的事件的数量。我们提供了一个经验法则来定义实验方案的持续时间。最后，我们提供了一种方法来准确地估计拉伸分子的数量的基础上观察到的展开事件的数量。使用这种分析的实验数据，我们得出结论，聚泛素结合在一个随机的位置都基板和拉探针和观察所有现有的模块是不太可能的事件。
2013-08-12 cond-mat.soft physics.data-an q-bio.BM
Stretching of proteins in a force-clamp
机械诱导的蛋白质展开的力钳装置中示出，在粗粒度模型的泛素，具有对数正态统计以上的阈值力和指数低于it.相应的，平均展开时间是缓慢变化的，指数下降的力的函数。端到端距离的时间依赖性也是不同的。展开事件的时间顺序对力的依赖性很弱，而且在很大程度上类似于以恒定速度拉伸的时间顺序。整合素的时间依赖性更复杂。
2005-12-01 cond-mat.soft q-bio.BM
Jamming proteins with slipknots and their free energy landscape
对具有滑结的拉伸蛋白质的理论研究揭示了当拉伸力跨越中间阈值时，它们的展开时间的惊人增长。这种行为是由于存在在不同力范围内占主导地位的替代展开路线而产生的。负责较长的展开时间在较高的力量是存在一个中间，亚稳态配置的活结是卡住。模拟与粗粒度的模型进行进一步的量化使用一个精细的描述的几何形状的滑结。模拟数据用于确定蛋白质的自由能景观（FEL），这支持了最近的分析预测。
2009-12-30 cond-mat.soft q-bio.BM
Modelling the unfolding pathway of biomolecules: theoretical approach and experimental prospect
我们分析了拉伸实验中包含几个独立模块的生物分子的解折叠途径。在最近提出的模型中，已经预测了临界速度$v_{c}$，使得对于牵拉速度$v>v_{c}$，在牵拉端处的模块首先打开，而对于$v<v_{c}$，其是最弱的。在这里，我们介绍了一个更接近实验设置的模型的变体，并讨论了临界速度的出现及其对模型参数的依赖性的鲁棒性。我们还提出了一个可能的实验来测试模型的理论预测，这似乎是可行的最先进的分子工程技术。
2017-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stretching of Proteins in the Entropic Limit
通过分子动力学模拟研究了六种蛋白质的机械拉伸。该模型是Go型的，在本地接触处具有Lennard-Jones相互作用。低温展开情景非常复杂，对微小的结构变化非常敏感。热涨落降低了峰力和解折叠过程中亚稳态的数量。解折叠的路径也随着温度的升高而简化。在熵极限，所有的蛋白质显示出单调减少的延伸，其中键断裂与他们的分离沿骨干（接触顺序）。
2003-11-10 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.QM
Numerical Simulation of Folding and Unfolding of Proteins
本论文详细研究了包括hbSBD、DDLNF 4、单泛素和多泛素在内的多种蛋白质的折叠和去折叠过程。利用简化的粗粒度非格点Go模型和CD实验，我们证明了hbSBD蛋白的两态行为。结果表明，单个泛素的重折叠途径取决于锚定到表面的末端。也就是说，N-末端的固定改变了重折叠途径，但锚定C-末端使它们保持不变。有趣的是，末端固定对多结构域泛素没有影响。利用Go模型和含水的全原子模型，我们详细研究了DDFLN 4分子的机械去折叠机制。我们预测，相反的AFM实验，一个额外的展开峰将发生在端到端的$ΔR \approx 1.5 $ nm的力延伸曲线。我们的研究揭示了非本地相互作用的重要作用，这是负责位于$ΔR \approx 22 $ nm的峰。这个峰值不能被忽略非原生交互的Go模型所遇到。我们的发现可能会激发对该蛋白的进一步实验和理论研究。用晶格模型和离格模型研究了变性转变的协同性。我们的研究表明，随着氨基酸数量的增加，过渡的尖锐性增强。相应的标度行为是由一个普遍的临界指数。提出了一种新的力副本交换（RE）方法，用于对机械外力作用下的生物分子进行有效的构型取样。与标准温度RE相反，交换在不同的力（副本）之间进行。我们的方法被成功地应用于三结构域泛素的热力学研究。
2013-08-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Force-clamp analysis techniques reveal stretched exponential unfolding kinetics in ubiquitin
力钳光谱揭示了单一蛋白质分子的展开和二硫键断裂时间作为拉伸力、点突变和溶剂条件的函数。这些时间的统计数据揭示了蛋白质结构域是否相互独立，多蛋白质链中的机械层次结构，以及它们起源的概率分布的函数形式。因此，重要的是要使用强大的统计测试，以破译正确的理论模型的过程。在这里，我们开发了多种技术来比较完善的实验数据集泛素与现有的理论模型作为案例研究。我们表明，对过滤的鲁棒性，协议的极大似然函数，考虑到实验文物，柯伊伯统计检验和对齐与合成数据都确定威布尔或拉伸指数分布作为最佳拟合模型。我们的研究结果是不一致的，最近提出的高斯无序的能量景观或噪声中所施加的力的解释所观察到的非指数动力学模型。由于拟合中的物理模型影响特征去折叠时间，这些结果对我们理解蛋白质的生物学功能具有重要意义。
2012-08-18 physics.bio-ph q-bio.BM
Finite size effects on calorimetric cooperativity of two-state proteins
考虑了有限尺寸对两态蛋白质折叠-展开转变的量热协同性的影响，采用了有侧链和无侧链的Go格子模型。我们发现，对于没有侧链的模型，定义为范特霍夫的热量焓的比率的热量协同性kappa 2的无量纲测量不依赖于氨基酸N的数量。kappa 2的平均值约为3/4，低于实验值kappa 2 =1。对于具有侧链的模型，kappa 2接近1，即kappa 2 \sim N^mu，其中指数mu=0.17。在临界链长Nc =135以上，这些模型可以模拟真正的全或非折叠-去折叠转变。
2004-12-05 q-bio.BM q-bio.QM
Mechanical Strength of 17 134 Model Proteins and Cysteine Slipknots
一个新的理论调查的蛋白质的阻力恒速拉伸进行了一组17 134蛋白质所描述的结构为基础的模型。所选择的蛋白质在其结构测定中没有缺口，并且由不超过250个氨基酸组成。我们以前的研究已经处理了7510个不超过150个氨基酸的蛋白质。蛋白质根据抵抗力的强度进行排序。大多数预测的高强度蛋白质尚未进行实验研究。确定了可能产生较大作用力的结构和褶皱。新型强力钳被发现。它们涉及二硫键，特别是半胱氨酸滑结。通过将特征力的理论数据与相应的实验值相比较，并结合将理论数据外推到实验牵拉速度，来估计模型的有效能量参数。这些研究为未来的单分子操作实验提供了指导，并应导致蛋白质的应用选择。一类新的蛋白质，涉及半胱氨酸滑结，被确定为一个，预计将导致已知的最强的力钳。这类是通过分子动力学模拟的特点。
2009-11-02 q-bio.BM
The Conformation of Interfacially Adsorbed Ranaspumin-2 is an Arrested State on the Unfolding Pathway
Ranaspumin-2（Rsn-2）是一种表面活性剂蛋白质，存在于汤加拉蛙的泡沫巢中。以前的实验工作已经导致了一个拟议的吸附模型，其中涉及一个不寻常的蛤壳样的“unhinging”的蛋白质在界面上。有趣的是，Rsn-2的二级结构元件没有伴随着其三级结构的大规模转化而变性。在这项工作中，我们使用实验和模拟，以更好地了解支撑这一不寻常的过程的驱动力。我们开发了一种改进的Gō-model方法，其中我们包含了侧链的显式表示，以逼真地模拟蛋白质二级结构元素与界面之间的相互作用。这样做允许的基础能源景观的研究，其中管理机制的Rsn-2界面吸附。在实验上，我们研究有针对性的突变体的RSN-2，使用朗缪尔槽，悬滴张力和圆二色性，以证明蛤壳模型是正确的。我们发现，Rsn-2吸附实际上是一个两步的过程：疏水的N-末端尾部招募的蛋白质的接口后，Rsn-2经历了一个展开的过渡，保持其二级结构。有趣的是，我们的模拟表明，构象Rsn-2在界面处采用的是沿变性途径的被捕状态。更一般地说，我们的计算模型应该证明是一个有用的，计算效率高，在研究蛋白质界面相互作用的动力学和能量学的工具。
2016-02-12 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.QM
Ripping RNA by Force using Gaussian Network Models
由于单分子拉伸实验的重大进展，使用力作为探针来绘制RNA分子的折叠景观已经成为现实。尽管张力下的解折叠路径很难预测，但蛋白质研究表明，拓扑结构是解折叠景观的主要决定因素。基于这一发现，我们研究了RNA分子对力的响应，采用高斯网络模型（GNM），该模型使用具有各向同性相互作用的珠弹簧网络来表示RNA。残基波动的互相关矩阵，这是分析计算使用GNM，即使在施加机械力，显示不同的变构通信作为RNA断裂。利用该模型计算了完全热力学平衡时的力-伸展曲线，以及四种RNA分子在准静态力作用下的去折叠路径，结果表明，GNM分析定性地描述了\emph{T}的去折叠路径.利用光镊技术对核酶进行了研究。然而，简单的模型是不足以捕捉微妙的功能，如分叉的展开途径或离子的影响，在强制展开的RNA。
2016-09-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Crowding effects on the mechanical stability and unfolding pathways of Ubiquitin
细胞内部是拥挤的，因此评估大分子对蛋白质折叠的影响非常重要。使用自组织聚合物（SOP）模型，这是一个粗粒度的多肽链表示，我们探测的机械稳定性的泛素（Ub）单体和三聚体（（Ub）$_3$）在单分散球形拥挤剂的存在下。相对于$Φ_c = 0$处的值，拥挤增加了展开Ub和多聚蛋白所需的体积分数（$Φ_c$）依赖性平均力（$<f_u(Φ_c)>$）。对于给定的$Φ_c$，$<f_u(Φ_c)>$的值随着拥挤颗粒的直径（$σ_c$）的减小而增大。平均解折叠力$<f_u(Φ_c)>$取决于比率$\frac{D}{R_g}$，其中$D \approx σ_c (\fracπ{6 Φ_c})^{1/3}$和$R_g$是解折叠状态下Ub（或（Ub）$_3$）的回转半径。解折叠途径的检查表明，相对于$Φ_c = 0$，拥挤促进断裂的二级结构元件的再结合。在拥挤颗粒存在下，解折叠途径和（Ub）$_3$的$<f_u(Φ_c)>$的性质都发生了改变，对最后解折叠的亚基的影响最为显著。基于SOP模拟和理论论证，我们预测$<f_u(Φ_c) > \sim Φ_c^{\frac{1}{3ν}}$，其中$ν$是描述蛋白质未折叠（无规卷曲）状态的Flory指数。
2008-11-05 cond-mat.soft q-bio.BM
Temperature dependence of normal mode reconstructions of protein dynamics
简正模分析是一种广泛使用的技术，用于从天然结构的知识重建蛋白质的构象变化。在这封信中，我们调查在何种程度上正常模式捕获的显着特点的动态范围内的温度从接近T = 0以上展开。我们表明，一方面，在生理温度下使用正常模式是合理的，提供蛋白质是合作的。另一方面，为了消除单模对蛋白质波动的不可预测的温度依赖性，必须考虑几种模式。
2008-10-27 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Transition states in protein folding kinetics: Modeling Phi-values of small beta-sheet proteins
小的单结构域蛋白质通常在变性和天然状态之间仅表现出单个自由能垒或过渡态。这些蛋白质的折叠动力学通常通过突变分析来探索。一个核心问题是，哪些关于过渡态的结构信息可以从突变数据中得到。在这篇文章中，我们的模型和结构解释突变的Phi值的两个小β折叠蛋白，PIN和FBP WW域。这些WW结构域的天然结构包含形成三链β-折叠的两个β-发夹。在我们的模型中，我们假设过渡态由两种构象组成，其中任何一种形成发夹结构。这种过渡态最近已被观察到的分子动力学折叠-展开模拟的一个小的设计的三链β-折叠蛋白质。我们获得了很好的协议与实验数据（i）通过分裂的突变引起的自由能变化的条款为两个发夹和小疏水核心的蛋白质，和（ii）通过拟合一个单一的参数，发夹1和2的相对程度形成的过渡态。该模型有助于理解突变如何影响WW结构域的折叠动力学，并捕获难以解释的负Phi值。
2007-09-21 q-bio.BM
Thermal denaturation and folding rates of single domain proteins: size matters
我们分析了球形蛋白质的热变性转变和折叠速率与氨基酸残基数目、N。利用格点Go模型，我们证明了Δ T/T_F ~ N^-1，其中T_F是折叠转变温度，Δ T是折叠转变宽度。这一发现是一致的有限尺寸的影响，预计从无序相到有序相的相变系统。格点模型和57个蛋白质和多肽的数据集的折叠速率k_F对N的依赖性表明，如果0 < beta <= 2/3且C是常数，则k_F = k_F^0 exp（-CN^beta）提供了良好的拟合。我们发现，在大多数情况下，k_F = k_F^0 exp（-1.1N^0.5），其中k_F^0 =（0.4x10^-6 s）^-1可以估计最佳蛋白质折叠速率，误差在一个数量级以内。通过对一组具有β折叠拓扑结构的蛋白质使用这种拟合，我们发现k_F^0近似等于k_U^0，k_U^0是解折叠速率的前因子。这类蛋白质的k_U^0/k_F^0的最大比值为10。
2003-10-16 q-bio.BM
Role of Loading Device on Single-Molecule Mechanical Manipulation of Free Energy Landscape
单分子机械操纵使得人们能够定量地了解键断裂的动力学以及蛋白质的去折叠机制。单分子实验的理论模型，使人们能够深入了解自由能景观的化学键和/或蛋白质折叠。对于机械引起的键断裂，键断裂动力学可由加载装置控制。然而，直到最近，加载装置对机械断裂动力学的作用很少受到重视。在这项工作中，我们从理论上和/或计算上研究了加载装置刚度对机械展开动力学的影响。具体地说，我们考虑了一个一维模型的键断裂的动力学描述的Kramers的理论。阐明了键断裂动力学是由加载装置的力常数决定的。为了验证我们的理论，考虑了键断裂的布朗动力学模拟。结果表明，平均断裂力与加载装置的力常数有关，加载装置刚度越大，断裂力越大。此外，我们还考虑了一个小的蛋白质，即β-发夹的机械解折叠的计算模拟。我们的模拟表明，展开力与加载装置的刚度高度相关。我们的数值和理论研究突出了在单分子力学实验中加载装置对化学键和/或折叠结构域的机械展开动力学的意义。
2010-05-07 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Effects of ligand binding on the energy landscape of acyl-CoA-binding protein
配体的结合通常对功能至关重要，但配体结合对蛋白质的机械稳定性和能量景观的影响尚未完全了解。在这里，我们使用单分子光镊和分子动力学模拟相结合，研究配体结合对酰基辅酶A（CoA）结合蛋白（ACBP）的能量景观的影响。ACBP是一种拓扑结构简单且高度保守的四-α-螺旋束蛋白，其充当脂肪酰CoA的细胞内转运蛋白和缓冲剂，并且在膜组装中具有活性。我们以前描述的ACBP在张力下的行为，揭示了一个高度扩展的过渡态（TS）位于几乎一半的未折叠和天然状态之间。在这里，我们进行了力斜坡和力跳跃实验，结合先进的统计分析，表明辛酰辅酶A结合ACBP的去折叠反应的活化自由能增加，而不影响沿反应坐标的过渡态的位置。由此可见，配体结合增强了蛋白质的机械阻力和热力学稳定性，而不改变其机械顺应性。转向分子动力学模拟使我们能够合理的辛酰辅酶A与ACBP的四个α-螺旋建立的关键相互作用方面的结果，并表明，解折叠途径是轻微受配体。结果表明，配体诱导的机械稳定化效应可能是复杂的，并可能被证明是有用的稳定配体的合理设计。
2021-11-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Nonequilibrium dynamics of an exactly solvable Ising-like model and protein translocation
使用一个类似伊辛的蛋白质机械展开模型，我们引入了一个扩散动力学的确切已知的自由能分布，减少非平衡动力学模型的有偏随机行走。作为一个例子，该模型，然后应用到蛋白质易位现象，从最近的实验的绿色荧光蛋白的分子马达拉的灵感。平均易位时间的准确评估，和单轨迹的分析表明，易位通过一个中间状态，类似于在实验中观察到的。
2013-07-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Thermal effects in stretching of Go-like models of titin and secondary structures
利用具有真实接触图和Lennard-Jones接触相互作用的Go类模型研究了温度对蛋白质机械展开的影响。肌联蛋白的I27结构域及其连续重复序列的行为与简单二级结构的行为形成对比。在所有情况下，热波动加速了解开过程，在低温下几乎线性地降低了解开力。然而，键合几何形状的差异导致对温度的不同敏感性和展开模式的不同变化。由于其特殊的自然状态几何结构，它比二级结构具有更高的热稳定性和弹性稳定性。在低温下，肌联蛋白的连续重复序列显示所有结构域平行展开到中间状态，然后是结构域的连续展开。在高温下，所有结构域同时展开，并且展开距离随着接触顺序单调减小，接触顺序是形成天然接触的氨基酸之间的序列距离。
2003-12-16 cond-mat.soft q-bio.BM
