Excluded volume, local structural cooperativity,and the polymer physics of protein folding rates
一个粗粒度的变分模型被用来研究不同的一组两态折叠蛋白质的障碍交叉的聚合物动力学。该模型给出了可靠的折叠速率预测排除体积项，诱导轻微的结构协同性包括在相互作用潜力。一般而言，合作折叠路线具有折叠核的折叠和未折叠区域之间的更尖锐的界面和更高的自由能势垒。计算出的自由能势垒与本机拓扑结构的特点是接触顺序密切相关。增加折叠核的刚性改变了过渡态系综的局部结构，在所研究的蛋白质组中不均匀。尽管如此，计算出的前因子k 0被发现是相对均匀的蛋白质集，1/k 0的变化小于5倍。这种直接的计算证明了一个共同的假设，即前因子是大致相同的所有小的双态折叠蛋白质。利用模型得到的势垒高度和最佳拟合单体弛豫时间30 ns，我们发现1/k 0（1-5）us（平均1/k 0 4us）。这个模型可以扩展到研究折叠的微妙方面，如稳定性或溶剂粘度的变化的折叠速率，和下坡折叠的开始。
2007-06-01 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Cooperativity and modularity in protein folding
由Wako和Sait $\hat{\rm o}$提出的一个简单的统计力学模型已经非常好地解释了蛋白质折叠。Mu $\tilde{\rm n}$ oz和Eaton将该模型系统地应用于多种蛋白质，此后称为Wako-Sait $\hat{\rm o}$ $\tilde{\rm n}$ oz-Eaton（WSME）模型。WSME模型在解释许多蛋白质折叠方面的成功验证了折叠由天然相互作用主导的假设，这使得能量景观全局偏向天然构象。使用WSME和其他相关模型，Sait $\hat{\rm o}$强调了层级途径在蛋白质折叠中的重要性;折叠始于具有天然样构型的连续片段的产生，并随着这些片段的生长和合并而进行。用WSME模型计算芽孢杆菌RNA酶的$ϕ$值表明，有助于折叠核的片段与由天然原子接触模式定义的结构模块相似。将WSME模型扩展到具有复杂拓扑结构的多结构域蛋白质的折叠过程，为全面理解多结构域蛋白质的折叠过程开辟了道路。WSME模型也扩展到描述变构转换，表明变构结构运动不会发生作为一个确定性的连续变化之间的两个构象，但作为一个随机的扩散运动的动态变化的能量景观。在现代方法和思想的背景下，WSME模型所强调的关于折叠的统计力学观点已经得到了更新，并将继续为蛋白质的平衡和动力学特征提供见解。
2016-08-30 cond-mat.stat-mech 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
Cooperativity in the annealing of DNA origamis
基于DNA的纳米结构建立在长的单链DNA支架上，称为DNA折纸，提供了在一锅实验中在纳米尺度上组织各种分子的可能性。支架的折叠是由短的单链DNA序列（订书钉）的存在保证的，这些序列将支架的不同区域保持在一起。在本文中，我们模拟了这些DNA结构的退火熔化特性。该模型捕获了重要的特征，如熔化和退火之间的滞后，以及对支架拓扑结构的依赖性。我们表明，订书钉之间的协同性是至关重要的定量解释的DNA折纸的折叠过程。
2012-10-02 cond-mat.mes-hall 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
Inferring protein folding mechanisms from natural sequence diversity
本研究提出仅利用蛋白质序列信息推断球状蛋白质折叠机制的方法，通过将演化能量场映射到粗粒化foldon单元并模拟Ising链，揭示了拓扑结构对折叠协同性的限制，并证明基于序列的演化模型可直接计算突变引起的稳定性和协同性变化。
2025-07-01 q-bio.BM
Microcanonical thermostatistics of coarse-grained proteins with amyloidogenic propensity
纤维状聚集体的形成似乎是多肽链的共同特征，尽管这些聚集体的观察可能取决于适当的实验条件。部分折叠的中间体似乎在蛋白质聚集体的生成中具有重要作用，并且这种原纤维形成的机制认为这些中间体也对应于相对于原纤维的亚稳态。在这里，使用粗粒度（CG）的非晶格模型，我们进行了比较分析的热力学方面的特征的折叠过渡相对于四个不同的系统聚集的倾向：两个异构体的淀粉样蛋白$β$ -蛋白，Src SH 3结构域，和人朊病毒蛋白（hPrP）。对复制交换法（REM）获得的数据进行微正则分析，以评估这些模型中的自由能垒和潜热。淀粉样蛋白$β$异构体和Src SH 3结构域的模拟表明，该CG模型描述的折叠过程与负比热有关，这种现象只能在一阶相变的微正则系综中得到验证。CG模拟的hPrP杂聚物产生了连续的折叠过渡。自由能垒和潜热的情况下有利于存在部分未折叠的构象，在这种情况下，这个热力学方面可以解释为什么hPrP杂聚物是更容易聚集的原因比其他杂聚物在这项研究中考虑。我们引入了疏水回转半径作为序参量，发现它可以用来获得有关疏水堆积和折叠过程中转变温度的可靠信息。
2012-12-07 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Network measures for protein folding state discrimination
蛋白质折叠是一种双态或多态的动力学机制，但到目前为止还没有一个第一性原理模型来解释这种不同的行为。我们利用蛋白质结构的网络特性，通过引入新的观测值来解决不同类型的折叠动力学分类的问题。这些观测值显示了一个简单的物理意义，在振动模式，可能的配置与天然蛋白质结构兼容，折叠协同性。这些观测的相关性支持的分类性能高达90%，即使是简单的分类，如disciminant分析。
2015-12-03 q-bio.BM q-bio.MN
Theoretical Perspectives on Protein Folding
了解单体蛋白在体外条件下如何折叠对于描述它们在细胞环境中的功能至关重要。在理论和实验方面的重大进展已经导致了一个概念框架来描述球状蛋白质的折叠机制。实验数据和理论方法揭示了蛋白质的多面性。蛋白质表现出仅使用氨基酸残基的数目（N）和聚合物概念就可以确定的普遍特征。蛋白质在变性和折叠状态下的大小、折叠转变的协同性、残基水平上的解链温度的分散性以及折叠的时间尺度在很大程度上由N决定。有限N的后果，特别是对如何个别残基顺序折叠取决于折叠状态的拓扑结构。这种复杂的细节可以使用分子转移模型来预测，该模型将模拟与蛋白质构件从水到所需浓度的变性剂的测量转移自由能相结合。通过观察一个分子折叠的时间，使用单分子的方法，理论上预期的异质性的折叠路线的有效性，和N-依赖的时间尺度的三个阶段的方法，以天然状态已经建立。尽管理论的成功，其中只有几个例子记录在这里，我们得出结论，还有很多工作要做，以解决“蛋白质折叠问题”在最广泛的意义。
2010-07-18 cond-mat.soft q-bio.BM
Multi-Dimensional Theory of Protein Folding
以蛋白质多个区域的结构序参数为多个坐标，建立了蛋白质折叠自由能面的多维表示理论。折叠的各种情况下进行分类的各个区域内的协同性和多个区域之间的相互作用，从而获得的分类是用来分析几个例子蛋白质的折叠过程。利用基于结构的Hamilton模型，对核糖体蛋白S6、src-SH 3结构域、CheY、barnase和BBL结构域进行了二维解析.扩展到更高的维度表示导致折叠过程的更精细的描述。Barnase，NtrC和锚蛋白重复蛋白的三维表示进行了检查。多维表示使我们能够直接解决折叠途径，中间体和过渡态的问题。
2009-02-13 cond-mat.dis-nn q-bio.BM
On the relation between native geometry and conformational plasticity
在蛋白质折叠中，术语可塑性是指响应于自由能扰动（例如由突变诱导的自由能扰动）而遇到的替代折叠途径的数量。在这里，我们探讨折叠可塑性和一个总的，通用的本地几何特征，即本地和非本地本地接触的相对数量之间的关系。我们基于简单晶格蛋白质的蒙特卡罗模拟的研究结果表明，折叠成富含局部接触的结构比折叠成以具有非常大量的长程接触为特征的天然几何形状（即，间隔超过12个骨架距离单位的氨基酸之间的接触）。较小的折叠可塑性的“非本地”的天然几何形状可能是其较高的折叠协同性，使折叠反应更强大的单点和多点突变的直接后果。
2008-09-06 q-bio.BM
Native geometry and the dynamics of protein folding
在本文中，我们研究的基础上简单的晶格模型和Monte Carlo模拟的自然几何的蛋白质折叠动力学的作用。宫泽-杰尼根的范围内获得的结果表明存在两个动态折叠制度取决于蛋白质链的长度。对于大于80个氨基酸的链，折叠性能对天然状态的构象敏感。较小的链，少于80个氨基酸，通过两态动力学折叠，并表现出显着的接触顺序参数和对数折叠时间之间的相关性。特别是，与N=48氨基酸的链被发现属于两大类的折叠，其特征在于不同的协同性，取决于接触顺序参数。基于Gō模型的初步结果表明，长程接触相互作用强度在折叠动力学中的影响在很大程度上取决于自然态的几何形状。
2004-11-26 q-bio.BM
The finite size effects and the two-state paradigm of protein folding
多肽链的卷曲到球状转变是球状蛋白折叠背后的物理现象。具有单个结构域的球状蛋白通常由约30至100个氨基酸残基组成，并且这种有限的大小延长了螺旋-球状相变的过渡间隔。在对两态模型进行迂腐推导的基础上，我们在两个协同性度量的表达式中引入了多肽链的氨基酸残基数量作为参数，并揭示了它们的物理意义。结果表明，与变性态简并度相关的$k_2$测度描述了参与跃迁的协同单元数，同时发现著名的条件$k_2=1$是将蛋白质分类为双态折叠的必要条件.我们还发现，$Ω_c$是简单的过渡时间间隔的平方成正比。这一事实使我们能够进行经典的尺寸标度分析的线圈球相变。此外，这两个措施被证明是描述不同的特点，蛋白质折叠。
2020-10-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Predicting protein folding dynamics using sequence information
本文提出一种仅基于序列信息推断蛋白质折叠动力学的方法，通过构建进化场并映射到粗粒化折叠模型，计算平衡折叠曲线并预测突变对稳定性和协同性的影响。
2025-05-22 q-bio.BM
From evolution to folding of repeat proteins
重复蛋白质由相似的氨基酸延伸的串联拷贝组成，这些氨基酸延伸折叠成细长的结构。由于它们的对称性，这些蛋白质构成了研究进化如何与结构，折叠和功能相关的优秀模型系统。在这里，我们提出了一个计划，在序列水平上的进化信息映射到一个粗粒度的重复蛋白质折叠模型，并使用它来研究数以千计的重复蛋白质的折叠。我们的能量模型相结合的逆Potts模型方案与重复的复制和删除的明确的机械模型，以计算在单个残基水平的系统的进化参数。这是用来通知伊辛样模型，允许生成的折叠曲线，明显的域出现和占领的中间状态，是高度兼容的实验数据在特定的案例研究。我们分析了数千种天然锚定重复序列蛋白的折叠，发现多种折叠机制是可能的。当序列相似性元素足够多且相互作用较强时，可以得到完全合作的全或无跃迁;当序列相似性元素不相似且相互作用较弱时，可以得到非合作的逐元素间歇折叠.在这两者之间，我们的特点成核传播和多域折叠机制。最后，我们表明，重复序列的稳定性和协同性可以从一个简单的能量分数定量预测，铺平了道路，指导蛋白质折叠设计与协同进化模型。
2022-02-24 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Finite size effects on thermal denaturation of globular proteins
有限的尺寸效应的合作热变性的蛋白质被认为是。协同性的无因次度量Ω的尺度为N^zeta，其中N是氨基酸的数量。令人惊讶的是，我们发现zeta是普遍的zeta = 1 + gamma，其中的指数gamma的特点的发散的易感性的自我避免行走。我们的晶格模型模拟和实验数据与理论相一致。我们的发现合理化的边际稳定性的蛋白质和证实了早期的预测，有效的折叠的两个状态的蛋白质需要折叠转变温度接近崩溃温度。
2004-11-28 q-bio.BM q-bio.QM
Affinity, stoichiometry and cooperativity of heterochromatin protein 1 (HP1) binding to nucleosomal arrays
异染色质蛋白1（Heterochromatin protein 1，HP1）通过组蛋白修饰依赖的染色质相互作用参与异染色质的建立和维持。在最近的论文中，在体外测量了HP1与核小体阵列的结合，并根据最近邻合作结合来解释。这种染色质相互作用模式可能导致HP1沿着核小体链扩散。在这里，我们重新分析了以前的数据，代表核小体链作为一个一维的约束晶格，并显示如何实验HP1结合等温线可以解释一个更简单的模型，相邻的HP1二聚体之间没有合作的相互作用。基于这些计算和dinucleosomes和核小体链的空间模型，我们提出，结合化学计量是依赖于核小体重复长度（NRL），而不是蛋白质之间的相互作用HP 1二聚体。根据我们的计算，与具有短NRL的链相比，具有长DNA接头的更开放的核小体阵列的特征在于更多数量的结合位点。此外，我们通过Monte Carlo模拟证明了核小体链的NRL依赖性折叠可以诱导HP 1结合位点的变构变化。因此，HP1染色质的相互作用可以通过改变结合化学计量和类型的凝聚（甲基化）和非凝聚（非甲基化）的核小体阵列在HP1二聚体之间的直接相互作用的情况下进行调制。
2014-10-02 physics.bio-ph physics.data-an q-bio.BM
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
Geometrical model for the native-state folds of proteins
我们最近引入了一种物理模型[Hoang等人，P. Natl. Acad. Sci. USA（2004），Banavar等人，Phys. Rev. E（2004）]，其以近似的方式结合了几个关键特征，例如链分子的固有各向异性、氢键和空间位阻所施加的几何和能量约束以及疏水性所起的作用。在这个框架内，轻微紧凑的构象类似的天然状态折叠蛋白质出现广泛的竞争最小值的自由能景观，即使是一个均聚物。在这里，我们展示了如何引入序列异质性，使用一个简单的计划，只有两种类型的氨基酸，疏水性（H）和极性（P），和序列设计允许选定的假定的天然折叠，成为在低温下的自由能最小值。如果忽略两个不同的低能构象共享相同的折叠拓扑结构之间的简并性，折叠过渡表现出热力学协同性。
2005-05-17 q-bio.BM
Exact Statistical Mechanical Investigation of a Finite Model Protein in its environment: A Small System Paradigm
我们考虑一个一般的不可压缩有限模型蛋白质的大小M在其环境中，我们表示由一个半柔性的共聚物组成的氨基酸残基分为只有两个物种（H和P，见文字）以下劳和迪尔。我们允许在给定序列中的化学未键合的残基与溶剂（水）之间的各种相互作用，并在两种不同的条件下精确地枚举无限晶格上的构象W（E）的数量作为能量E的函数：（i）我们允许限制为紧凑的构象（称为Hamilton行走构象），以及（ii）我们允许也可以是非紧凑的无限制构象。它很容易证明，使用似是而非的论据，我们的模型不具有任何能隙，即使它应该表现出急剧的折叠过渡的热力学极限。枚举使我们能够调查确切的影响，能量的原生状态（S），和小尺寸的蛋白质热力学的影响，特别是在微正则和正则系综之间的差异。我们发现有限系统的正则熵远大于微正则熵。我们研究了自平均的性质，并得出结论，小蛋白质不自平均。我们还提出的结果，（一）提供了一些了解的能源景观，（二）阐明在不同温度下的自由能景观。
2007-08-29 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
