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
Towards Quantitative Classification of Folded Proteins in Terms of Elementary Functions
比较分类方案为理解蛋白质的几种方法提供了良好的基础，包括预测其结构和生物功能之间的关系。但是，将描述蛋白质从其组织良好的二级结构开始并且通常涉及直接人类参与的分类方案与基于原子水平物理学的方法相结合仍然是一个挑战，其中蛋白质基本上只不过是相互作用的碳，氢，氧和氮原子的集合。为了将这两种互补的蛋白质方法联系起来，需要引入概念上新颖的工具。在这里，我们解释了整个折叠蛋白质的几何形状可以用一个单一的显式基本函数来描述，这是从非线性物理系统中熟悉的，它被称为扭结孤子。我们的方法使层次结构的信息转换成定量的形式，允许折叠的蛋白质的特点是在原则上计算从原子水平的考虑，在一个小数目的全局参数。作为一个例子，我们详细描述了肌红蛋白1 M6 C的自然折叠出现从一个非常高的原子级精度的扭结孤子的组合。我们还验证了我们的方法描述了较长的环和连接$α$ -螺旋与$β$ -链的环，具有相同的整体准确性。
2010-12-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A Curated Rotamer Library for Common Post-Translational Modifications of Proteins
本文基于RCSB PDB构建了常见翻译后修饰的精选侧链旋转异构体库，覆盖磷酸化、甲基化和乙酰化修饰，并在折叠蛋白结构预测及无序蛋白系综生成中验证其优于SIDEpro和Rosetta。
2024-05-06 physics.bio-ph
Protein folding tames chaos
蛋白质折叠从未折叠的多肽或无序卷曲产生特征性和功能性三维结构。蛋白质折叠过程中异常复杂性的出现对理论建模和计算机模拟提出了惊人的挑战。本文介绍了分子非线性动力学（MND）或分子混沌动力学，作为描述和分析蛋白质折叠的理论框架。我们揭示了折叠蛋白质混沌动力学中固有低维流形的存在。此外，我们发现，从无序到有序的构象在蛋白质折叠的过渡增加的ILDM的横向稳定性。换句话说，蛋白质折叠降低了非线性动力学系统的混沌性，折叠的蛋白质具有最好的驯服混沌的能力。此外，我们揭示了ILDM稳定性和热力学稳定性之间的联系，这使我们能够量化折叠，错误折叠和未折叠的蛋白质状态的无序性和相对能量。最后，我们利用混沌蛋白质的灵活性分析，并开发了一个强大的混沌算法预测的Debye-Waller因素，或温度因素，蛋白质结构。
2013-08-13 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
Multiple scales and phases in discrete chains with application to folded proteins
手性杂聚物如较大的球状蛋白质可以同时支持多个长度尺度。不同尺度之间的相互作用带来了构象的多样性，并决定了能量景观的结构。多尺度也产生了复杂的动力学，在蛋白质的情况下，它维持着生命。然而，到目前为止，还没有明确的理解，如何区分决定复杂蛋白质结构和动力学的各种尺度。在这里，我们提出了一个系统的方法来确定的尺度手性杂聚物，如蛋白质。为此，我们引入了一种新的序参量，它不仅揭示了尺度，而且还探测了相结构。特别是，我们认为，手性杂聚物可以同时显示几个不同的阶段的性状，视乎它被仔细检查的长度尺度。我们的方法建立在Kadanoff的块自旋变换的变体上，我们将其用于粗粒分段线性链，例如蛋白质的C $α$主链。我们推导出解析，然后验证数值的序参量可以显示的一些属性。我们演示了如何，在蛋白质数据库中的晶体蛋白质结构的情况下，序参量揭示了存在不同的长度尺度，我们提出，必须存在的规模，阶段和折叠途径的复杂性之间的关系。
2017-05-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Orientational Order Governs Collectivity of Folded Proteins
在过去的十年中，我们已经见证了粗粒度蛋白质网络模型的发展和成功，用于预测与集体运动模式相关的许多平衡性质。奇怪的是，结果通常对用于从实验坐标的知识构建残差网络的不同截止距离是鲁棒的。在这项研究中，我们提出了一个系统的研究网络的建设，和他们的预测性能的影响。探测键的取向顺序围绕每个残基，我们提出了一个自然的分区的相互作用成一个基本的和一个残留集。在这幅图中，鲁棒性源于新接触的添加方式，从而建立了不寻常的局部取向顺序。这些残余相互作用对每个残余上的力矢量的影响微乎其微。然后，整体力平衡的稳定性转化为海森函数，表现为慢运动模式的小位移和相应特征向量的不变性。我们介绍了一个重新缩放的版本的海森矩阵，并指出了矩阵Frobenius规范的基础上的频谱稳定性参数之间的联系。处方的最佳选择划分的相互作用成基本和残留成分。蛋白质的生物学相关性质的研究的影响进行了讨论与具体的例子。
2010-02-03 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.MN
Discrete Nonlinear Schrodinger Equation, Solitons and Organizing Principles for Protein Folding
本文介绍了离散非线性薛定谔方程的一种新的推广。它支持描述蛋白质如何折叠的孤子。作为一个例子，我们仔细研究绒毛头部HP35，一个原型蛋白测试实验和理论方法的蛋白质折叠。使用明确的孤子配置文件，我们构建了前所未有的准确性的碳骨干。
2010-09-06 cond-mat.soft math-ph math.MP
Random Network Behaviour of Protein Structures
几何和结构的限制极大地限制了蛋白质骨架所适应的折叠的选择，然而，折叠的蛋白质在功能上显示出惊人的多样性。为了使结构对功能有任何影响，除了蛋白质骨架之外，其他可调节的自由度也是必须的。在这里，我们重点关注侧链相互作用，这种相互作用将折叠蛋白质中的氨基酸非共价连接以形成网络结构。在一个粗粒度的水平，我们表明，网络符合非常好的实现随机图，并显示相关的渗流行为。因此，在限制结构空间的蛋白质骨架的刚性框架内，侧链相互作用表现出随机性的元素，这解释了蛋白质所表现出的功能灵活性和多样性。然而，在更精细的层面上，网络表现出与这些随机图的偏差，正如我们在一些具体的例子中所展示的那样，反映了结构和稳定性的内在独特性，以及生物蛋白质功能的特异性。
2009-12-30 cond-mat.other physics.bio-ph q-bio.BM
Soliton concepts and the protein structure
结构分类表明，不同的蛋白质折叠的数量是令人惊讶的小。蛋白质似乎也是以模块化的方式构建的，由相对较少的组件组成。在这里，我们提出了一个广义离散非线性薛定谔方程的暗孤子解来识别蛋白质的模块化构建块。对于这一点，我们表明，几乎所有的蛋白质环可以简单地通过缩放的大小，并通过连接在一起的孤立子，一个接一个的副本数。孤子只有两个特定的参数，我们确定其可能的值在蛋白质数据库。我们发现，与200组参数的集合，每个确定一个孤立子配置文件，描述了一个不同的短循环，我们覆盖了90%以上的所有蛋白质的实验精度。我们还提出了两个例子，描述了如何循环库可以用来建模和分析折叠蛋白质的结构。
2011-09-18 cond-mat.soft math-ph math.MP
Thermal stability of solitons in protein $α$-helices
蛋白质$α$ -螺旋提供了有利于孤子辅助能量传输的有序生物环境。酰胺I激子和声子变形之间的非线性相互作用引起的氢键晶格的肽基团导致自陷的酰胺I的能量，从而创建一个本地化的准粒子（孤子），持续在零温度。然而，热噪声的存在可能会破坏蛋白质孤子的稳定性，并在有限的寿命内耗散其能量。在这项工作中，我们已经计算解决了系统的随机微分方程，管理的量子动力学的蛋白质孤子在生理温度下，T=310 K，无论是一个单一的孤立的$α$ -螺旋脊柱的氢键肽组或完整的蛋白质$α$-螺旋组成的三个平行的$α$ -螺旋脊柱。模拟的随机动力学表明，虽然热噪声是有害的单个孤立的$α$ -螺旋的脊柱，在整个蛋白质$α$ -螺旋的三个酰胺I激子量子的合作行动，确保孤子寿命超过30 ps，在此期间，酰胺I的能量可以沿着整个范围内的18 nm长的$α$ -螺旋传输。因此，由蛋白质$α$ -螺旋组成的大分子蛋白质复合物可以在生理温度下利用孤子辅助的能量传输。由于单个三磷酸腺苷分子的水解能够引发三个酰胺I激子量子，因此多量子蛋白质孤子在生命系统中具有多种特殊的生理功能是可行的。
2022-01-30 cond-mat.soft physics.bio-ph quant-ph
Enhanced sampling and applications in protein folding in explicit solvent
本文提出了一种模拟大型复杂系统的单拷贝回火方法。在广义系综中，该方法使用从一个新的积分恒等式计算的热平均能量的运行时估计来指导连续的温度空间随机行走。我们首先在二维伊辛模型和Lennard-Jones液体系统中验证了该方法。然后将其应用于三种小蛋白质，trpzip 2，trp-cage和villin headpiece在显式溶剂中的折叠。在0.5~1微秒内，所有三个系统都被折叠到原子精度：最佳折叠构象的α碳均方根偏差分别为0.2 A，0.4 A和0.4 A，对于trpzip 2，trp-cage和villin headpiece。
2010-05-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.comp-ph
Computational Methods to Investigate Intrinsically Disordered Proteins and their Complexes
本文综述了研究固有无序蛋白质及其复合物和相分离状态的计算方法，涵盖统计模型、物理方法和机器学习手段，用于结构系综生成与实验验证。
2024-09-03 physics.bio-ph q-bio.BM
Navigating protein landscapes with a machine-learned transferable coarse-grained model
本文提出一种结合深度学习与大规模全原子模拟训练的通用可迁移粗粒化模型，能以远低于全原子MD的计算成本准确预测蛋白质折叠、中间态及无序蛋白涨落。
2023-10-27 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Launching of Davydov solitons in protein $α$-helix spines
由$α$ -螺旋二级蛋白质结构提供的生物顺序是可被活生物体利用以提高能量运输效率的重要资源。特别是，自陷酰胺I能量量子的诱导声子变形的氢键晶格的肽基团能够产生钉扎或移动孤立波以下的Davydov准粒子/孤子模型。然而，施加的酰胺I能量的同相高斯脉冲的效果，被发现是强烈依赖于应用程序的网站。运动孤子只有当酰胺I的能量施加在其中一个$α$ -螺旋末端时才能发射，而钉扎孤子产生于$α$ -螺旋内部。在本文中，我们描述了一个一般的机制，发射运动孤子的内部的$α$ -螺旋通过相位调制高斯脉冲的酰胺I的能量。我们还比较了预测的孤子速度的基础上有效孤子质量和观察到的孤子速度在计算机模拟的激子-声子相互作用的各向同性的不同参数值。所提出的结果表明，在蛋白质$α$ -螺旋的孤子速度的显式控制的能力，并进一步支持逐步优化的量子动力学通过自然选择实现专门的蛋白质功能的可行性。
2020-06-29 nlin.PS physics.bio-ph
Elastic Energy and Phase Structure in a Continuous Spin Ising Chain with Applications to the Protein Folding Problem
我们提出了一个连续自旋伊辛链，可以描述折叠蛋白质的统计性质的数值Monte Carlo分析。我们发现，根据Metropolis温度的值，该模型显示聚合物的三个已知的非平凡阶段：在低温下，该模型是在一个崩溃的阶段，在中等温度下，它是在一个随机行走阶段，在高温下，它进入自避免随机行走阶段。通过研究比能的温度依赖性，我们确认了塌缩相和无规行走相之间的转变是一个相变，而无规行走相和自回避无规行走相通过一个交叉转变相互分离.我们还比较了模型的预测，一个唯象的弹性能量公式，提出了黄和雷描述折叠蛋白质。
2010-08-26 cond-mat.stat-mech hep-lat physics.bio-ph
Quantum tunneling of Davydov solitons through massive barriers
蛋白质钳为细胞提供了有效的机制，用于感知环境变化并触发维持稳态的适应。然而，蛋白质夹紧作用背后的一般物理机制却知之甚少。在这里，我们探讨了酰胺I能量量子传输的Davydov模型，酰胺I能量自陷在沿着蛋白质α-螺旋棘传播的孤子态中，并在从α-螺旋末端反射时保持其形状。我们研究计算达维多夫孤子是否能够反映从大量的障碍，模型存在的外部蛋白质钳作用于α-螺旋的一部分，并表征的范围内的障碍条件的达维多夫孤子能够隧道通过障碍。模拟结果表明，蛋白质中氨基酸质量的变化对Davydov孤子动力学的影响可以忽略不计，但一个巨大的障碍，是一个单一的氨基酸质量的一百倍，提出了一个障碍的孤子传播。较大的达维多夫孤子的宽度稳定的孤子从这样一个大规模的障碍反射后，并增加隧穿通过它的概率，而更大的各向同性的激子晶格耦合抑制隧穿效率通过增加之间的相互作用时间的达维多夫孤子和障碍，从而延长隧穿通过障碍的时间，并提高从后者反射的概率。结果表明，Davydov孤子可以从大质量势垒中反射或隧穿，并提出了蛋白质钳通过局部增强有效蛋白质α螺旋质量而起作用的一般物理机制.
2019-04-19 cond-mat.soft physics.bio-ph quant-ph
Solitons and Physics of the Lysogenic to Lytic Transition in Enterobacteria Lambda Phage
λ噬菌体是典型的温和噬菌体。其溶原性和裂解性生命周期反映了DNA结合CI和CRO蛋白之间的竞争。在这里，我们解决这个过渡的能量函数，描绘的骨干作为一个多孤子配置方面的物理。单个孤子的精度远远超过了实验确定的蛋白质构象的B因子精度，这使我们有信心得出结论，四个环路中的三个是两个位置紧密的孤子的复合物。唯一的例外是抑制性DNA结合转向，它是主链的唯一单孤子构型。当我们比较的孤子与蛋白质数据库，我们发现，前面的DNA识别螺旋是唯一的CI蛋白，促使我们得出结论，溶源裂解过渡是由于鞍结分叉涉及孤子-反孤子湮灭，删除了第一个循环。
2011-04-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Solitons and Collapse in the lambda-repressor protein
肠杆菌λ噬菌体是典型的温和噬菌体。其溶原性和溶解性生命周期反映了DNA结合$λ$ -阻遏物（CI）和CRO蛋白之间的竞争。在这里，我们仔细检查的结构，稳定性和折叠途径的$λ$ -阻遏蛋白，控制从溶原性的溶解状态的过渡。我们首先研究其骨架的超二级螺旋-环-螺旋组成。我们使用一个离散的Frenet框架来解决的骨干光谱键和扭转角。而不是四个，似乎有七个单独的循环。我们使用一个明确的孤子Anonymous模型的假定的循环。它是基于连续非线性薛定谔方程的标准孤子轮廓。的精度的Anglands远远超过B因子波动距离的实验确定的蛋白质构型的精度。然后，我们研究的折叠途径和动力学的$λ$ -阻遏蛋白。我们引入了一个粗粒度的能量函数来模拟的C $_α$原子和侧链的C $_β$原子的相对取向方面的骨干。我们描述的折叠动力学的弛豫动力学，并发现折叠配置可以达到从一个非常通用的初始配置。我们的结论是，折叠是由孤子形成的时间顺序。特别地，第三个孤子应该出现在第一个和第二个之前。否则，DNA结合转角不能获得其正确的结构。通过反复的加热和冷却模拟，我们证实了折叠构型的稳定性。
2012-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Quasi-stationary evolution of cubic-quintic NLSE drop-like solitons in DNA-protein systems
本研究针对DNA-蛋白质系统中非线性分子激发的演化问题，基于立方-五次NLSE（由平面基旋转器模型和SU(2)/U(1)广义自旋相干态导出）结合准稳态方法建模阻尼效应，探索其特性并讨论在转录过程中的潜在应用。
2025-02-13 physics.bio-ph
Thermodynamics of protein folding: a random matrix formulation
蛋白质折叠从未折叠状态到生物活性折叠构象的过程受许多参数控制，例如氨基酸序列、分子间相互作用、溶剂、温度和伴侣分子。我们的研究，基于随机矩阵模型的相互作用，然而，统计措施，如吉布斯自由能，热容，熵的演变是单参数的。这些信息可以解释从无数种可能的方式中选择特定的折叠途径，以及在计算机模拟研究中观察到的其他折叠特征。
2010-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Protein Folding: A New Geometric Analysis
蛋白质折叠的几何分析，补充了许多模型在文献中，提出。我们研究了从未折叠的链到链变得自我相互作用的点的过程。一个中心问题是，如此多的初始构型如何能够继续折叠成唯一的最终构型。我们暂时把能量和动力学的考虑放在一边，只关注几何形状。我们使用微分几何中的带状概念来参数化理想蛋白质的结构。带的变形是通过引入一个通用的扭曲Anomaly描述。图中的折叠过程需要由局部氨基酸几何形状引导的形状变化。该理论从一开始就是重构不变的，因此最终的形状与折叠时间无关。我们发展微分方程的变化的形状。在一定的参数范围内，我们发现了一个正弦-戈登扭转孤子，这种纯几何波形具有类似于动力学孤子的性质。即：需要分子的阈值畸变来引发孤子，在此之后，小的附加畸变不会改变波形。在这个分析中，孤立子扭曲分子直到形成键。分析揭示了氨基酸的几何形状和折叠形式之间的定量关系。
2008-09-11 math-ph math.DG math.MP
Quantum transport and utilization of free energy in protein $α$-helices
维持生命的基本生物过程是由蛋白质纳米引擎催化的，它使生命系统保持在远离平衡的有序状态。为了研究蛋白质中的能量过程，我们分析了广义Davydov方程的系统，该方程支配多个酰胺I激子量子沿着$α$ -螺旋中的氢键肽基团传播的量子动力学。计算模拟证实了移动Davydov孤子的产生由施加脉冲的酰胺I能量的蛋白质$α$ -螺旋的不同长度。这些孤子的稳定性和迁移率依赖于偶极偶极耦合的均匀性酰胺I振子，激子声子相互作用的各向同性。达维多夫孤子也能够量子隧道通过大规模的障碍，或量子干涉碰撞地点。这里提出的结果支持一个非平凡的作用，量子效应在生物系统中，超出了共价键作为大分子结构的结合剂的机械支持。量子隧穿和达维多夫孤子的干涉提供了具有催化活性的大分子蛋白质复合物，其物理机制允许自由能的高效运输、递送和利用，除了支持这种真正的量子现象存在的生物秩序的进化任务之外，并且可能确实划分了生命的量子边界。
2020-03-18 cond-mat.soft physics.bio-ph quant-ph
Folding pathways of a helix-turn-helix model protein
一个小的模型多肽原子的细节表示折叠使用蒙特卡罗动力学。该多肽被设计成具有与螺旋-转角-螺旋蛋白ROP的中心部分相似的天然构象。从蛋白质谷氨酰胺合成酶的β-链构象或两种不同的环构象开始，使用二面角空间中的所谓的窗口移动生成六个轨迹。这一举动改变构象局部，并导致现实的，准连续不断地演变的轨迹。六个轨迹中的四个以稳定的天然样构象结束。它们的折叠途径显示了螺旋-弯曲-螺旋基序的快速初始发展，随后是由Karplus和Weaver的扩散碰撞模型预测的动态行为。的途径的现象是与实验结果一致。
1997-06-11 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Soliton driven relaxation dynamics and universality in protein collapse
蛋白质塌缩可以看作是一个动态的相变，在此过程中，新的尺度和集体变量变得兴奋，而旧的尺度和集体变量则消退和消失。这在基于原子尺度审查的方法中导致了可怕的计算瓶颈。在这里，我们考虑一个有效的动力学朗道理论在生物相关的时间和距离尺度上的折叠过程建模。与更传统的方法相比，我们达到了执行时间的大幅减少和最终配置精度的提高。作为一个例子，我们检查了HP 35鸡绒毛头部亚结构域的崩溃，其中有详细的分子动力学模拟进行比较。我们从一个无结构的，未弯曲和未扭曲的初始构型开始。在单处理器个人计算机上，在不到一秒的挂钟时间内，我们始终达到0.5埃均方根距离（RMSD）精度的原始状态。我们证实，我们的折叠途径确实是类似于那些在最近的原子水平分子动力学模拟。我们的结论是，我们的方法似乎有潜力的计算经济的方法，以准确地了解蛋白质崩溃的理论方面。
2011-11-08 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Covalent bond symmetry breaking and protein secondary structure
对称性和对称性的有组织破缺在我们理解物理系统中的结构和模式形成方面具有关键作用，包括宇宙质量的起源和生物大分子的手性结构。在这里，我们报告了一个新的对称性破缺现象，发生在所有生物活性蛋白质，因此，这种对称性破缺涉及到生命的起源。不破缺的对称性决定了sp3杂化碳原子的共价键几何形状。它决定了氨基酸中心碳原子周围的四面体结构。在这里，我们表明，在生物活性蛋白质中，这种对称性被打破。此外，我们表明，对称性破缺的模式是在一个直接对应的折叠蛋白质的局部二级结构。
2011-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dihedral-angle Gaussian distribution driving protein folding
本文提出了一个简单的角度随机游走模型来构建多肽结构，它包含了折叠蛋白质的二面角性质。从这个模型中，将构建长度范围从125到400个氨基酸的二级结构基序的不同部分的结构，二面角是根据窄高斯概率分布随机选择的。为了测量蛋白质的分形维数，分析了三种不同的情况。第一个仅包含α-螺旋结构，第二个包含β-链结构，第三个包含α-螺旋和β-折叠的混合物。具有α-螺旋基序的蛋白质的行为比其他情况下更紧凑。本文的研究结果表明，该模型描述了蛋白质的一些结构特性，并表明随机性是一个重要的成分，但蛋白质是由窄角高斯概率分布驱动的，而不是由随机行走过程。
2007-11-25 physics.bio-ph
Cross-linker mediated compaction and local morphologies in a model chromosome
染色质和相关蛋白质构成染色体的高度折叠结构。我们考虑一个自避免聚合物模型的染色质，其中的片段可能会得到交联通过蛋白质粘合剂，相互排斥。粘合剂通过聚合物介导的吸引聚集在一起，进而折叠聚合物。使用分子动力学模拟，和平均场的描述，我们明确地证明了折叠过渡的连续性，其特征在于通过单峰分布的聚合物尺寸在整个过渡。在过渡点处，染色质大小和交联剂簇显示出大的波动，并且除了临界减慢之外，它们的负交叉相关性达到最大值。沿着过渡，我们区分的拓扑循环，环间间隙，和拉链的局部链形态。拓扑结构在临界点主要是单连通环，在折叠点主要是拉链。
2019-05-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Protein loops, solitons and side-chain visualization with applications to the left-handed helix region
折叠蛋白质具有模块化组装。它们由规则的二级结构如α-螺旋和β-链通过环连接在一起构成。在这里，我们开发了一种可视化技术，适用于描述这种模块化结构。作为对广泛采用的基于环形几何的Ramachandran图的补充，我们的方法利用了两个球体的几何形状。与传统的方法不同，我们的方法只描述了一个给定的肽单元，我们能够描述整个骨架环境，包括相邻的肽单元。它将每个原子的位置映射到双球的表面上，精确地描述了位于中心C-α原子位置的观察者如何看到这些原子。在侧链原子的每个水平，我们观察到原子的定位和潜在的局部二级结构之间的强相关性，不同氨基酸之间的变化非常小。作为一个具体的例子，我们分析了非甘氨酰氨基酸的左手螺旋区。该区域对应于在双球上的C-β碳方向上的孤立的和高度局部化的残基独立扇区。我们表明，残基独立的本地化扩展到C-γ和C-δ碳，侧链的氧和氮原子的情况下，天冬酰胺和天冬氨酸。当我们将分析扩展到相邻残基的侧链原子时，我们观察到左手β-转角显示出规则的且在很大程度上独立于氨基酸的结构，该结构可以扩展到七个连续残基。这种集体模式是由于主干孤子的存在。我们展示了如何使用我们的可视化技术来分析和分类不同的孤子的选择规则，我们详细描述。
2012-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Gauge symmetries and structure of proteins
我们讨论了蛋白质结构研究的规范场论方法，它允许一种自然的方式来引入集体自由度和非线性拓扑结构。考虑了蛋白质的局部对称性及其在介质中的破缺，导出了蛋白质主链的阿贝尔Higgs模型，其正确折叠由疏水力引起的规范对称破缺定义。在该模型中，蛋白质主链的结构由一维拓扑孤子（扭结）的叠加来定义，这允许以高达1A的精度再现蛋白质主链的三维结构并预测其动力学。
2017-03-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
