JAMUN: Bridging Smoothed Molecular Dynamics and Score-Based Learning for Conformational Ensembles
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Prescient Design, Genentech（基因泰克先见设计）
针对分子动力学采样构象系综效率低的问题，提出JAMUN方法，在平滑噪声空间中进行MD，利用行走-跳跃采样，实现比传统MD快一个数量级的系综生成，并具备对训练外系统的迁移能力。
2025-10-23 cs.LG physics.bio-ph q-bio.BM
Conformational landscapes in cryo-ET data based on MD simulations
IMPMC-UMR 7590 CNRS, Sorbonne Université, MNHN（巴黎自然历史博物馆、索邦大学、法国国家科学研究中心）
本文通过分子动力学模拟探讨冷冻电镜数据中的构象景观，用于分析低分辨率密度图和构象灵活性，以获得新的生物学见解。
2026-02-15 q-bio.BM q-bio.QM
Molecular dynamics without molecules: searching the conformational space of proteins with generative neural networks
Wayne State University（韦恩州立大学）；Univ. of Bari Aldo Moro（巴里大学阿尔多·莫罗分校）；National Research Council (CONICET)（国家研究委员会（CONICET））；Daruma Institute for Applied Intelligence（达摩应用智能研究所）
全原子和粗粒分子动力学是研究蛋白质构象的两种常用计算工具。然而，这两种模拟方法的缺点是，如果不访问超级计算资源，这些状态变得可检测的时间和长度尺度难以实现。这种方法的一种替代方案是基于将分子动力学的原子轨迹编码为没有物理粒子的速记版本，然后通过使用人工智能来学习传播编码的轨迹。在这里，我们表明，一个简单的文本表示的分子动力学轨迹的框架作为载体的Ramachandran盆地类保留了大部分的结构信息的完整原子表示的蛋白质在每个帧中，并可以用来生成等价的原子无轨迹适合训练不同类型的生成神经网络。反过来，经过训练的生成模型可以用于无限扩展无原子动力学或从模型潜在空间中的蛋白质表示中采样蛋白质的构象空间。我们直观地定义这种方法作为分子动力学没有分子，并表明，它能够覆盖物理相关的蛋白质的状态，难以访问与传统的分子动力学。
2022-06-09 cs.AI q-bio.BM q-bio.QM
Order parameter prediction from molecular dynamics simulations in proteins
蛋白质功能如何与蛋白质结构相关的分子理解将需要理解多个状态之间的大构象变化的能力。不幸的是，这些状态通常被高自由能势垒和复杂的能量景观所分隔。这使得很难可靠地连接，例如通过全原子分子动力学计算，状态，它们的能量和它们之间的路径。一个主要的问题，需要改善采样的中间状态是一个序参量-一个减少的描述符的主要子集的自由度-可以用来帮助采样的大构象变化。我们提出了一种新的方法来结合使用非线性时间序列和降维的分子动力学的信息，以定量地确定连接两个大规模的构象不同的蛋白质状态的序参量。这种新的方法提出了一个实施分子动力学计算，可以大大提高采样的中间状态。
2011-08-05 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Leveraging Conformational Diversity for Enhanced Structure-Based Virtual Screening: Insights from Molecular Dynamics Simulations of HIV-1 Protease-Ligand Complexes
本研究利用79个HIV-1蛋白酶-配体复合物，通过分子动力学模拟和RMSD聚类保留构象多样性，证明多构象结合能计算能显著提升基于结构虚拟筛选的预测可靠性。
2025-07-13 q-bio.BM
Investigation of rare protein conformational transitions via dissipation-corrected targeted molecular dynamics
本文研究耗散校正的目标分子动力学（dcTMD）在蛋白质内部稀有构象转变及动力学预测中的适用性，提出多集体变量下的自由能和摩擦计算框架，并以丙氨酸二肽和T4溶菌酶为例验证其优缺点。
2023-09-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Temperature Dependent Conformational Transitions and Hydrogen Bond Dynamics of the Elastin-Like Octapeptide GVG(VPGVG): a Molecular Dynamics Study
对弹性蛋白样八肽GVG（VPGVG）进行了实验/理论研究。本文采用分子动力学方法研究了八肽分子的温度依赖性折叠和去折叠。目前的研究，以及它的实验对应物发现，这种肽经历了一个“逆温度转变”，ITT，导致折叠在约310-330 K。此外，在接近水沸点的异常高温下，发现了一个未折叠的过渡。由于系统的小尺寸，发现了两个宽的温度范围：“ITT范围”（约280-320 K）和“解折叠范围”（约T > 330 K），其中肽在约330 K具有最大折叠概率。一个详细的分子图片涉及的热力学序参数，或反应坐标，为这个过程中提出的肽内的氢键动力学以及肽和溶剂化水分子之间的时间相关函数分析。相关的实验证据和衍生物的弹性蛋白的性质进行了讨论。
2004-01-08 q-bio.BM
Unraveling multi-state molecular dynamics in single-molecule FRET experiments- Part I: Theory of FRET-Lines
生物分子的构象动力学对它们的功能具有根本的重要性。单分子Förster共振能量转移（smFRET）是一种强大的方法来告知标记分子的结构和动力学。如果动力学发生在亚毫秒的时间尺度上，捕获和量化构象动力学可能是具有挑战性的基于强度的smFRET。多参数荧光检测（MFD）通过同时记录强度和荧光寿命来解决这一挑战。平均供体荧光寿命和荧光强度共同决定了方差，而平均FRET效率则决定了构象动力学。在这里，我们提出了一个一般的框架，涉及平均荧光寿命和强度smFRET计数直方图。使用这个框架，我们展示了如何计算这些观测值的参数关系（FRET线），便于图形化解释的实验数据，可用于测试模型，识别构象状态，解决状态的连接，并可应用于非结构化系统，以推断聚合物链的属性或研究快速蛋白质折叠。为了简化复杂的动力学网络的图形分析，我们推导出一个基于矩的表示的实验数据，并显示如何解耦的运动的荧光标记的构象动力学的生物分子。
2021-07-30 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.data-an
Coarse-grained molecular simulations of allosteric cooperativity
蛋白质和配体之间的相互作用通常伴随着热可及构象的群体的重新分布。蛋白质的功能能量景观的这种动态响应使得蛋白质能够调节结合亲和力并控制对配体浓度的结合敏感性。在本文中，我们调查的结合亲和力和结合两个钙离子的钙调素（CaM）的每个域的变构协同性的结构起源，通过模拟一个简单的粗粒度模型。在这个模型中，蛋白质的开放和封闭的构象系综之间的构象转换进行了明确的模拟和配体的结合和unbinding内的大典Ensemble隐式处理。配体结合是协同的，因为结合位点在结合时通过主要构象系综的移位而偶联。经典的Monod-Wyman-Changeux变构模型与适当的结合自由能的开放和封闭的合奏准确地描述了模拟的结合热力学。模拟结果表明，CaM的两个结构域具有不同的结合亲和力和协同性。特别地，C-末端结构域以比N-末端结构域更高的亲和力和更大的协同性结合钙。从结构的角度来看，单个结合环的亲和力敏感地取决于环与结合系综中配体的结构相容性，以及未结合系综中结合位点的构象柔性。
2016-03-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Quantum Charge Transport and Conformational Dynamics of Macromolecules
我们研究了大分子内部的量子激发动力学，这些大分子可以经历构象转变。在论文的第一部分中，我们利用路径积分方法严格地导出了一组同时描述分子和量子输运动力学的耦合运动方程，并且服从涨落/耗散关系。我们还介绍了一种算法，产生最可能的分子和量子运输途径在罕见的，热活化反应。在本文的第二部分中，我们应用这种形式主义来模拟电荷的传播过程中的聚合物从初始拉伸构象的最终球状状态的崩溃。我们发现，当链达到熔融球状态时，电荷动力学被淬灭。使用随机矩阵理论，我们表明，这种转变是由于动力学无序驱动的量子局域化的增加。
2012-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Thermodynamic restrictions on evolutionary optimization of transcription factor proteins
构象波动被认为在转录因子蛋白定位和结合细菌基因组上的靶位点的过程中起重要作用。使用一个简单的模型，我们表明，结合时间可以最小化，在选择性压力下，通过调整构象状态的光谱，使花费在更多的移动构象的时间的分数与目标识别率相匹配。然后，相关的最佳结合时间在由热力学施加的限制结合时间的数量级内，对应于具有即时靶识别的理想化蛋白质。数值估计表明，典型的细菌在这种制度的优化构象波动。
2007-09-10 cond-mat.soft q-bio.BM
Combination of genetic crossover and replica-exchange method for conformational search of protein systems
将遗传算法中的遗传交叉操作与复制交换方法相结合，用于并行分子动力学模拟。遗传交叉和复制交换方法通过交换蛋白质构象间的对应部分来搜索全局构象空间。在这项研究中，我们将这种方法应用到一个$α$ -螺旋蛋白，色氨酸笼迷你蛋白，它有20个氨基酸残基。从模拟得到的构象与实验结果吻合得很好。
2015-05-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Representation choice shapes the interpretation of protein conformational dynamics
研究探讨了表征选择对蛋白质构象动态分析的影响，提出Orientation features方法，并开发ManiProt库以支持多表征比较。
2026-04-01 cs.LG q-bio.BM
Optimal flexibility for conformational transitions in macromolecules
大分子复合物中的构象转变通常涉及杠杆样结构的重新取向。使用一个简单的理论模型，我们表明，如果杠杆是可弯曲的，例如，在一个本地化的“铰链”，这种转变的速率大大提高。令人惊讶的是，在铰链具有中等柔性的情况下，过渡最快。在这种中间状态下，跃迁速率对连接在杠杆臂上的“货物”的量也最不敏感，这可以被分子马达利用。为了解释这种效果，我们推广的Kramers-Langer理论的多维势垒跨越配置相关的迁移率矩阵。
2007-04-12 q-bio.BM
Molecular Dynamics Simulations Reveal PolyQ-Length-Dependent Conformational Changes in Huntingtin Exon-1: Implications for Environmental Co-Solvent Modulation of Aggregation-Prone States
School of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, The University of Sydney（悉尼大学工程学院生物医学工程系）
本研究通过分子动力学模拟揭示了聚谷氨酰胺长度对 Huntingtin 外显子 1 构象变化的影响，并探讨了共溶剂对易聚集状态的调节作用。
2026-03-03 cs.CE q-bio.BM
Systematic Analysis of Biomolecular Conformational Ensembles with PENSA
本文提出开源软件PENSA，通过系统比较生物分子构象系综的特征分布并量化区域间状态特异性信息，帮助高效识别关键结构差异和变构通路。
2025-01-05 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
MD-LLM-1: A Large Language Model for Molecular Dynamics
Centre for Misfolding Diseases（折叠疾病中心）；Yusuf Hamied Department of Chemistry（尤素夫·哈米德化学系）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文提出MD-LLM-1，一种基于Mistral 7B微调的分子动力学大语言模型，用于学习蛋白质动力学并预测未见构象状态，在T4溶菌酶和Mad2系统中验证了其跨状态预测能力。
2025-07-21 cs.CL cs.LG physics.comp-ph
RNA under Tension: Folding Landscapes, Kinetic Partitioning Mechanism, and Molecular Tensegrity
非编码RNA序列在控制许多细胞功能中发挥着重要作用，因此需要定量详细了解其复杂的构象动力学。在这个角度来看，我们首先表明，单分子拉实验与理论和模拟相结合时，可以用来定量探索折叠景观的核酸发夹，核糖开关与三级相互作用。核糖开关是一种非编码RNA元件，通过响应代谢物的结合而经历动态构象变化来控制基因表达，核糖开关的应用导致了RNA组装由分离螺旋的稳定性决定的组织原理。我们还指出了单分子拉伸实验的局限性，分子延伸作为唯一可访问的参数，在提取RNA分子折叠景观的关键参数。
2012-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular dynamics studies on the NMR and X-ray structures of rabbit prion protein wild-type and mutants
朊病毒疾病总是致命的和高度传染性的神经变性疾病，其影响多种哺乳动物物种，如绵羊、山羊、小鼠、人、黑猩猩、仓鼠、牛、麋鹿、鹿、貂、猫、鸡、猪、海龟、这些神经变性疾病是由可溶性正常细胞蛋白质转化为不溶性异常折叠感染性朊病毒引起的，并且该转化被认为涉及从主要的α-螺旋蛋白质到富含β-折叠结构的蛋白质的构象变化。这种构象变化可以通过分子动力学（MD）技术进行研究。对于兔子，经典研究表明它们对感染的敏感性低，但在2012年，据报道可以产生兔子朊病毒（尽管不是直接产生），并且兔子朊病毒具有感染性和可传播性（Proceedings of the National Academy of Sciences USA 109（13）：5080-5）。本文利用分子动力学技术研究了兔朊蛋白野生型和突变体的核磁共振和X射线分子结构，以了解兔朊蛋白和兔朊蛋白的特异性作用机制。
2013-08-26 physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular recognition between cadherins studied by a coarse-grained model interacting with a coevolutionary potential
研究钙粘蛋白二聚体的构象对于理解与肿瘤和转移相关的组织的发育及其失败具有高度相关性。实验技术，如X射线晶体学，通常只能报告最稳定的构象，遗漏了对识别机制可能很重要的少数状态。计算机模拟可能是实验方法的有效补充。然而，在显式溶剂中的标准全原子蛋白质模型在计算上要求太高，无法彻底搜索由数百个氨基酸组成的多链的构象空间。为了达到这个目标，我们采取了隐式溶剂的粗粒度模型。这类模型的标准问题是找到一个现实的潜力来描述它们的相互作用。我们使用的协同进化信息钙粘蛋白的路线，校正的统计潜力，建立一个相互作用的潜力，这是不可知的蛋白质的实验构象。利用该模型，我们探索了多链体系的构象空间，并与实验数据进行了比较验证。我们确定了序列特异性的二聚体构象，这对合理化钙粘蛋白之间的识别机制是有用的。
2020-02-25 q-bio.BM
Conformational Dynamics of Supramolecular Protein Assemblies in the EMDB
电子显微镜数据库（EMDB）是一个快速增长的知识库，用于传播超分子蛋白组装体（包括马达、伴侣蛋白、细胞骨架组装体和病毒衣壳）的单粒子重建的结构数据。虽然这些组件的静态结构提供了重要的洞察其生物功能，其构象动力学和力学提供了额外的重要信息，其生物功能的机制。在这里，我们提出了一个无监督的计算框架，以分析和存储公共访问的超分子蛋白质组件的构象动力学存放在EMDB。构象动力学分析，使用正常模式分析的有限元框架，这是用来计算平衡的热波动，在分子运动中的互相关，和应变能分布的452目前存储在EMDB中的681个条目。乙型肝炎病毒衣壳，核糖体结合的终止因子RF2和GroEL的结果详细介绍和验证与全原子为基础的模型。EMDB中蛋白质组装体的构象动力学可能有助于解释其生物学功能，以及基于EM的结构的分类和细化。
2010-01-05 q-bio.BM
Label-free optical detection of single enzyme-reactant reactions and associated conformational changes
监测单个酶的动力学和构象动力学对于更好地理解它们的生物学功能至关重要，因为这些运动和结构动力学通常在分子之间不同步。然而，由于通常需要对反应物或酶本身进行标记，因此在单分子基础上检测酶-反应物相互作用和酶的相关构象变化仍然是现有光学技术的挑战。标记过程通常是不平凡的，标记本身可能会扭曲酶的物理性质。在这里，我们展示了一种光学，无标记的方法，能够观察酶的相互作用和相关的构象变化的单分子水平上。我们监测聚合酶/DNA的相互作用，通过强近场增强等离子体纳米棒共振耦合到微腔中的回音壁模式。具体来说，我们采用两种不同的识别方案：一种是在DNA功能化纳米棒附近探测聚合酶/DNA相互作用的动力学，另一种是通过固定在纳米棒上的聚合酶分子的构象变化的大小来探测这些相互作用。在这两种方法中，我们发现，低和高聚合酶活性可以清楚地辨别通过其特征信号幅度和信号长度分布。此外，监测相互作用的热力学研究表明，DNA聚合的发生。这项工作构成了通过等离子体增强微腔的酶活性的概念验证研究，并建立了一种能够研究单分子结构变化的替代和无标记方法。
2017-01-03 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
InfleCS: Clustering Free Energy Landscapes with Gaussian Mixtures
自由能景观提供了深入了解生物分子的构象合奏。为了分析这些景观和阐明潜在的构象变化的机制，有必要提取具有有限噪声的亚稳态。这仍然是一项艰巨的任务，尽管现有的聚类方法过多。我们提出了InfleCS，一种新的方法，用于从自由能景观中提取定义明确的核心状态。该方法是基于高斯混合自由能估计，并利用估计密度景观的形状。从聚类中自然产生的核心状态允许详细表征构象系综。三个玩具模型具有不同的属性，该方法被证明是一贯优于其他传统的和国家的最先进的聚类方法的聚类质量进行评估。最后，将该方法应用于温度增强的钙结合钙调素的分子动力学模拟。通过自由能景观，我们发现了一个典型的和紧凑的状态之间的路径，揭示了静电相互作用驱动的构象变化。
2019-10-30 physics.bio-ph q-bio.BM
Determining the optimal structural resolution of proteins through an information-theoretic analysis of their conformational ensemble
本研究提出一种无监督信息论框架，可确定描述蛋白质构象空间所需的最少原子数，发现最优保留原子数与系统大小线性相关且受构象探索程度影响，为蛋白质多尺度建模提供了新准则。
2025-10-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Subtle pH differences trigger single residue motions for moderating conformations of calmodulin
本研究揭示了钙调素（CaM）控制多种Ca ~（2+）信号转导过程的配体识别机制的本质。我们研究了八种形式的钙负载钙调素，每一个不同的构象状态。减少结构的两个自由度方便地描述了通过同时的两个叶片的扭曲-弯曲运动的CaM的构象变化的主要特征。我们利用微扰-响应扫描（PRS）技术，加上分子动力学模拟来分析的构象偏好的钙调素，最初在扩展的形式。PRS包括在残基上连续施加定向力，然后记录所得坐标。我们表明，一个单一的残基，E31位于EF手图案之一，操作，再现结构变化紧凑的形式，和灵活的连接器作为一个换能器的结合信息的蛋白质的遥远的部分。独立地，使用四种不同的pKa计算策略，我们发现E31是带电残基（52个），其电离状态对生理范围内的pH值变化最敏感。有人提出，在相对较低的pH值，钙调素结构是不太灵活的。通过在pH值约为7的特定位点获得带电状态，蛋白质的局部构象变化将导致能量格局的变化，为其他构象状态铺平道路。这些研究结果是根据FRET测量的构象分布的变化，更紧凑的形式与pH值降低。他们也证实突变的研究和蛋白水解的结果，这表明E31在钙调素动力学的重要作用。
2011-07-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Quantum conformational transition in biological macromolecule
从量子跃迁的角度研究了生物大分子的构象变化。提出了一种蛋白质折叠的量子理论。与其他动力学变量如可动电子、化学键和伸缩-弯曲振动相比，分子扭转具有最低的能量，可以看作是系统的慢变量。同时，利用扭转势的多极小性质，定义了体系的局部构象态。根据慢变量从属于快变量的思想，利用非绝热性算符方法推导出描述构象变化的哈密顿量。证明了通过对慢变量波函数进行相变，可以充分考虑快变量对高分子的影响。从构象-跃迁哈密顿量出发，计算了两种重要情况下的无辐射矩阵元：A，只有电子是快变量，电子态在跃迁过程中不发生变化; B，快变量不限于电子，但可以使用微扰近似。推导了蛋白质折叠速率的一般公式。利用该公式的解析形式研究了蛋白质折叠速率的温度依赖性，解释了奇异的非阿克里乌斯温度关系。利用温度依赖性数据估计了量子扭转态的退相干时间，研究了蛋白质折叠过程中扭转角的量子相干度。建议的折叠速率公式给出了一个统一的方法来研究一大类问题的生物构象变化。
2013-08-05 q-bio.BM
Water and molecular chaperones act as weak links of protein folding networks: energy landscape and punctuated equilibrium changes point towards a game theory of proteins
水分子和分子伴侣有效地帮助蛋白质折叠过程。在这里，我们描述了他们的行动的背景下的能量和拓扑网络的蛋白质。在能量方面，水和分子伴侣被认为可以降低各种局部能量最小值之间的活化能，平滑能量景观，从构象陷阱中拯救错误折叠的蛋白质并稳定其天然结构。在动力学方面，水和分子伴侣可以使间断平衡的构象变化不那么间断，并帮助蛋白质松弛。最后，水和分子伴侣可能有助于蛋白质-大分子相互作用过程中多种能量景观的融合。我们还讨论了引入蛋白质游戏来缩小蛋白质与另一种大分子结合时的能量景观的可能性。水和分子伴侣都提供了一组扩散的快速波动的弱链接（低亲和力和低概率相互作用），这使得所有这些陈述都可以推广到众多的网络。
2005-04-22 q-bio.BM
Identification and Analysis of Transition and Metastable Markov States
我们提出了一种新的方法，使过渡和亚稳构象状态的原子或粗粒度的分子动力学（MD）轨迹的识别和分析。我们的算法提出和研究，使用分析和实际的例子从MD模拟的螺旋形成肽Ala 5，和一个更大的系统，表皮生长因子受体（EGFR）蛋白。在所有情况下，我们的方法自动识别相应的过渡态和亚稳构象的最佳方式，与输入的一组相关的坐标，通过准确地捕捉固有的最慢的弛豫速率。我们的方法提供了一种通用且易于实施的分析方法，为分子机制以及复杂动力系统（例如分子轨迹）中罕见但关键的限速构象途径提供了独特的见解。
2016-05-13 physics.chem-ph q-bio.BM
A Standardized Benchmark for Machine-Learned Molecular Dynamics using Weighted Ensemble Sampling
Baskin Engineering, University of California - Santa Cruz, Santa Cruz, CA（加州大学圣克鲁兹分校贝斯基克工程学院）
本文提出基于WESTPA加权系综与TICA坐标的模块化蛋白质MD基准框架，支持经典力场和机器学习模型，提供19余项指标及9蛋白数据集，以实现可复现的严格比较。
2025-10-20 cs.LG q-bio.BM
ProtScape: A molecular structure and energy-aware representation for protein conformation generation
Yale University（耶鲁大学）；Boise State University（博伊西州立大学）；University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
提出 ProtSCAPE 深度学习架构，融合几何散射变换与双重 Transformer 注意力，从 MD 模拟中学习多尺度、时间连贯的蛋白质轨迹潜在表示。
2026-10-01 cs.LG physics.chem-ph q-bio.BM
