Energetic frustrations in protein folding at residue resolution: a simulation study of homologous immunoglobulin-like \b{eta}-sandwich proteins
非天然残基相互作用是近年来蛋白质折叠研究的热点。实验和理论研究已经开始捕捉可能主导蛋白质折叠关键事件的非天然接触。然而，由于复杂的折叠机制，非天然残基间相互作用引起的能量挫折没有系统地表征。最近，我们研究了一组同源的全α蛋白质的折叠，发现基于非天然接触的能量挫折与蛋白质天然接触网络密切相关。在本文中，我们研究了九个同源的免疫球蛋白样（Ig-like）\b{eta} -夹心蛋白的折叠和检查所造成的非天然残基间相互作用的能量挫折，基于分析的残余φ值和接触地图的过渡态系综。蛋白质共享相似的三级结构，从而最小化蛋白质折叠中的拓扑挫折差异，并突出显示由疏水-疏水突变引起的能量挫折的影响。我们的计算表明，充满活力的挫折有高度异质性的影响，大多数二级结构的折叠和折叠之间的相关性不同的折叠补丁的\b{eta}夹心蛋白。模拟结果显示，在\b{eta} -三明治结构域中，能量挫折和天然接触网络之间存在强烈的相互作用，这确保了\b{eta} -三明治结构域遵循共同的折叠机制。我们的研究结果表明，\b{eta}夹心蛋白的折叠过程可能会重新设计，通过仔细操纵残基水平的能量挫折。
2017-01-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Essential sub-networks based on contact strength reveal folding kinetics
已经观察到，天然状态的拓扑结构是蛋白质折叠动力学的重要决定因素，并且在双状态小单结构域蛋白质中，折叠速率与相对接触顺序（RCO）之间存在显著相关性。然而，作为一个纯粹的拓扑性质，RCO不考虑残基的相互作用，也发挥了重要作用的折叠动力学。利用残基间的统计接触势，我们在残基接触网络中引入了权，从而定义了加权RCO。使用加权RCO，我们可以捕获具有相同拓扑结构但具有不同序列信息的蛋白质的折叠动力学。通过构造基于成对相互作用强度的基本子网络，我们能够推导出折叠事件冗余序列的特征。我们对48个双态蛋白和超快折叠蛋白以及蛋白CI 2、蛋白G和蛋白L的突变体进行了分析。结果表明：（i）原始残基网络和基本子网络的加权RCO与折叠速率具有显著相关性;（ii）两态折叠的折叠速率依赖于疏水相互作用;（iii）子网络区分了突变体的折叠速率差异，揭示了蛋白质的折叠偏好。
2009-07-21 physics.bio-ph
A Mean-Field Description of Protein Folding: Evolutional Conservation of Hydrophobicity Profile and Folding Nuclei
进化保守的数量，指定折叠核是追求的一个小蛋白质（PDB代码：110）的案例研究。首先证明了折叠核的氨基酸序列是不保守的。然后考虑结构的3D（3维）信息，发现3D疏水性特征对于指定折叠核是必不可少的，并且在进化上是保守的。这种配置文件是保持的相互作用，包括熵效应，在天然状态结构中实现的氨基酸。考虑到氨基酸序列中接触距离的影响后，实验观察到的φ值与该3D疏水性曲线相关。
2007-03-09 physics.bio-ph
The impact of hydrodynamic interactions on protein folding rates depends on temperature
我们研究了流体动力学相互作用（HI）对蛋白质折叠的影响，使用粗粒度模型。流体动力学相互作用的影响程度，无论是加速，延缓，或对蛋白质折叠没有影响，一直存在争议。结合蛋白质折叠的能量景观理论（ELT）的理论框架（该理论框架描述了跨越折叠屏障的单个反应坐标的集体运动的动力学），我们比较了HI对两种蛋白质模型的折叠速率的动力学影响，这两种蛋白质模型使用具有独特拓扑结构的单珠链：64个残基的α/β胰凝乳蛋白酶抑制剂2（CI 2）蛋白和57个残基的β-桶α-血影蛋白src-同源物3结构域（SH 3）蛋白。当比较HI存在和不存在时的蛋白质折叠动力学时，我们发现HI对蛋白质折叠的影响似乎具有关于折叠温度的交叉行为。这意味着在高于折叠温度的温度下，未折叠构型中的珠粒之间的流体动力学溶剂的摩擦增强导致折叠速率降低;相反，在低于折叠温度的温度下，HI通过溶剂朝向天然折叠状态的回流加速折叠。此外，加速的程度取决于蛋白质的拓扑结构：对于像Cl 2这样的蛋白质，其中其折叠核在过渡状态下相当分散，HI通过有利于复杂自由能景观中的主要折叠途径来引导接触的形成，从而加速折叠。对于像SH 3这样的蛋白质，其折叠核已经是特异性的并且不太扩散，HI在低于折叠温度的温度下不太重要。我们的研究结果为蛋白质折叠动力学实验和模拟提供了进一步的理论依据。
2017-12-12 physics.bio-ph q-bio.BM
Quanta of Local Conformational Change: Conformons in alpha-helical proteins
我们提出的conformon作为一个量子的构象变化的能量转移在α-螺旋蛋白质。激发量子和构象自由度之间相互作用的基本机制是非线性的，并导致构象能的孤立波包。这种现象是α-螺旋特有的，而不是蛋白质中的β-折叠，因为构成α-螺旋骨架的三条氢键链。
2010-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph quant-ph
Systematic conformation-to-phenotype mapping via limited deep-sequencing of proteins
非天然构象驱动蛋白质错误折叠疾病，使生物工程工作复杂化，并推动分子进化。目前没有实验技术是非常适合阐明他们和他们的表型效应。特别棘手的是由内在无序的蛋白质组成的瞬时构象。我们描述了一种方法来系统地发现，稳定和纯化天然和非天然构象，在体外或体内产生的，并直接连接构象的分子，有机体，或进化表型。这种方法涉及整个蛋白质的高通量二硫键扫描（HTDS）。为了揭示哪些二硫键捕获哪些色谱可分辨的构象异构体，我们设计了一种用于蛋白质的双Cys变体文库的深度测序方法，该方法精确地同时定位每个多肽内的两个Cys残基。高丰度E.大肠杆菌周质分子伴侣HdeA揭示了不同类别的无序疏水构象与可变的细胞毒性取决于骨干交联。HTDS可以桥接构象和表型景观的许多蛋白质，在二硫化物允许的环境中发挥作用。
2023-01-30 physics.bio-ph q-bio.BM
Topology, Geometry, and Stability: Protein Folding and Evolution
蛋白质折叠问题最终必须在从原子到复杂结构的所有长度尺度上得到解决。通过对折叠过程稳定性的物理和数学分析，本文表明，没有长度尺度的特征，即拓扑特征，是潜在的核心重要性。拓扑学是研究形状的自然数学工具，我们利用这一工具来研究蛋白质分子的氨基酸序列和形状之间的关系。我们把我们所学到的知识应用到他们的生物进化过程中。
2015-05-26 physics.bio-ph
A Conformational Search Method for Protein Systems Using Genetic Crossover and Metropolis Criterion
许多蛋白质通过形成特有的三级结构来实现其生物学功能。因此，通过分子模拟寻找蛋白质的稳定态对于理解蛋白质的功能和稳定性具有重要意义。然而，通过构象搜索获得稳定状态是困难的，因为系统的能量景观的特征在于许多局部极小值被高能量障碍分隔开。为了克服这个困难，已经提出了各种蛋白质构象的采样和优化方法。在这项研究中，我们提出了一种新的构象搜索方法，利用遗传交叉和Metropolis准则的蛋白质。我们将这种方法应用于$α$ -螺旋蛋白。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
Finding the minimum energy conformation of protein-like heteropolymers by Greedy Neighborhood Search
提出了一种全局优化算法贪婪邻域搜索（GNS）和一种新的基于球形分布的构象采样方法，用于求解蛋白质类异聚体AB模型的最小能量构象. AB模型由类似于真实蛋白质的疏水性（A）和亲水性（B）单体组成。三维空间中的AB模型用简单的珠-棒链系统表示，这与单珠蛋白质模型相同。用GNS方法计算了由13、21、34和55个单体组成的四种不同序列的最低能量构象。发现的最低能量低于由其他方法获得的能量。此外，发现的最低能量构象与形成单个疏水核心的真实蛋白质具有相似性。
2016-12-03 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
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
Multiple folding pathways of proteins with shallow knots and co-translational folding
我们研究的折叠过程中浅打结的蛋白质MJ0366内的两个变体的结构为基础的模型。我们观察到，由此产生的拓扑路径比以前的研究中确定的要丰富得多。除了单结环事件，我们发现新的，占主导地位的，两个循环机制。我们证明，折叠发生在一系列的温度和最成功的折叠的条件是在温度高于所需的最快的折叠。我们还表明，新生条件更有利于打结比关闭核糖体折叠。
2015-09-03 physics.bio-ph 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
Protein folding dynamics via quantification of kinematic energy landscape
利用物理移动集方法研究了正方形格子上类蛋白质序列的折叠动力学。通过解析求解主方程，我们遵循所有802，075个构象的16聚体在7个时间跨度上的时间依赖的占据概率。我们发现，（i）这些相同长度的蛋白质样序列的折叠速率可以相差4个数量级，（ii）相同构象的序列的折叠速率可以相差190倍，以及（iii）天然结构，可设计性和热力学性质的参数是折叠速率的弱预测因子，相反，盆地分析的动能景观所定义的移动可以提供很好的帐户所观察到的折叠率。
2006-01-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech 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
Mobility Measurements Probe Conformational Changes in Membrane Proteins due to Tension
膜包埋蛋白质如离子通道的功能关键取决于它们的构象。我们演示了如何在不对称膜蛋白的构象变化可以推断出他们的扩散测量。这种蛋白质引起膜的局部变形，这引起对蛋白质的额外流体动力学阻力。使用膜张力来控制变形的大小，从而控制阻力，扩散率的测量可以用来推断-通过蛋白质的弹性模型-构象如何被张力改变。受最近实验结果的启发[Quemeneur等人，Proc. Natl. Acad. Sci. USA，111 5083（2014）]，我们关注KvAP，一种电压门控钾通道。KvAP的构象被发现改变相当大，由于张力，与它的“墙”，在那里的蛋白质满足膜，经历显着的角应变。室温下的扭转刚度确定为26.8 kT。这对这些蛋白质在张力承载膜环境中的结构和功能都有影响。
2015-11-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Protein folding in the modern era: a pedestrian's guide
从一级氨基酸序列预测蛋白质的二级和三级结构是一个非常重要和非常困难的问题。准确预测蛋白质的天然结构可以提供关于其功能的关键见解，最终导致药物设计和疾病诊断的突破。该领域有着丰富的历史，从20世纪60年代最早的折叠实验到今天使用最先进的算法;本文回顾了蛋白质折叠的历史，重点介绍了现代方法如何解决蛋白质折叠问题。假设只有生物化学的基本知识，我们将探索克里斯蒂安·安芬森的经典实验与牛核糖核酸酶，蛋白质折叠的悖论由赛勒斯·莱文塔尔提出，现代机器学习方法的成功，和量子计算的承诺蛋白质折叠。
2020-07-10 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.hist-ph
Learning protein conformational space by enforcing physics with convolutions and latent interpolations
Durham University（杜伦大学）
确定蛋白质的不同构象状态以及它们之间的转换路径是充分理解生物分子结构与功能之间关系的关键。这可以通过用分子模拟方法对蛋白质构象空间进行采样来实现。尽管在计算硬件和采样技术的进步，模拟总是产生一个离散化的表示这个空间，与过渡态欠采样成比例的相关的能量障碍。我们提出了一个卷积神经网络，它可以从示例结构中学习连续的构象空间表示，以及确保示例之间的中间体在物理上合理的损失函数。我们证明，这个网络，训练不同的蛋白质状态的模拟，可以正确地预测生物相关的非线性过渡路径，没有任何例子的路径提供。我们还表明，我们可以将从一种蛋白质中学习到的特征转移到其他蛋白质中，从而获得更好的性能，并且需要的训练样本数量少得惊人。
2020-03-25 cs.LG physics.bio-ph
Conformational dynamics of a single protein monitored for 24 hours at video rate
我们使用等离子统治者遵循一个单一的蛋白质的构象动力学长达24小时的视频速率。等离子体标尺由两个由单个蛋白质接头连接的金纳米球组成。在我们的实验中，我们遵循的分子伴侣热休克蛋白90，这是已知的显示开放和封闭的构象的动力学。我们的测量证实了先前已知的构象动力学与过渡时间在秒到分钟的时间尺度，并揭示了新的动态的时间尺度上的分钟到小时。因此，等离子体标尺相对于单分子荧光共振能量转移将观察带宽扩展了3/4个数量级，并使分子动力学的研究具有前所未有的精度。
2018-10-05 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
A dynamic intermediate state limits the folding rate of a discontinuous two-domain protein
蛋白质折叠是大多数蛋白质在细胞内由核糖体合成后必不可少的过程。大多数体外蛋白质折叠研究都集中在单结构域蛋白质上。因此，了解多结构域蛋白质的折叠过程，特别是当结构域不连续时，是很重要的。我们选择麦芽糖结合蛋白（MBP）作为模型系统。特别是，我们研究了MBP的突变体，折叠缓慢。在这里，使用两个和三个颜色的单分子Foerster共振能量转移（smFRET）实验，我们研究了两个域的重折叠和DM-MBP的域之间的相互作用。初始的双色smFRET测量的N-末端结构域（NTD）揭示了折叠中间体的存在。在监测C-末端结构域（CTD）和NTD-CTD（N-C）界面的测量中观察到相同的折叠中间体。重折叠中间体在亚毫秒时间尺度上是动态的。定量分析的基础动态相互转换揭示了延迟的NTD折叠所施加的熵障碍是缓慢的DM-MBP折叠的主要原因。此外，CTD在NTD完成折叠之后折叠。使用三色smFRET，我们可以在同一蛋白质中首先显示NTD折叠，然后显示CTD。WT-和DM-MBP的温度诱导展开的分子动力学模拟确定了NTD中的折叠核，其富含疏水残基，并解释了为什么这两个突变减慢折叠动力学。在存在细菌Hsp 60伴侣蛋白系统GroEL/ES的情况下，我们观察到DM-MBP在伴侣蛋白腔内是动态的，但伴侣蛋白限制了底物的构象空间。因此，限制有助于DM-MBP克服熵势垒。该研究报告了具有不连续排列的两个结构域之间的蛋白质折…
2022-02-07 physics.bio-ph q-bio.BM
Protein folding: Complex potential for the driving force in a two-dimensional space of collective variables
利用二维集体变量空间中折叠通量矢量场的Helmholtz分解，引入了蛋白质折叠驱动力的势函数。势有两个分量。一个组件是负责的源和汇的折叠流，这分别代表，未折叠的状态和天然状态的蛋白质，和其他的，占固有的流场的外围产生的流动涡度，是负责的源和汇之间的流的渠道化。通过对$β$ -发夹蛋白模型的计算，说明了理论上的考虑。
2013-10-12 physics.bio-ph q-bio.BM
Quantum Intelligence on Protein Folding Pathways
本文基于最近提出的量子方法，以9个氨基酸残基的蛋白质链为模型，研究了蛋白质折叠问题。引入距离空间及其在$XY$ -平面上的投影的概念，以及蛋白质结构的紧密性和最短路径的概率比两个特征量，不仅证实了快速的量子折叠时间，而且揭示了隐藏在蛋白质折叠路径选择背后的量子智能的存在.
2019-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph quant-ph
Transferable coarse-grained potential for $\textit{de novo}$ protein folding and design
蛋白质折叠和设计是重要的生物物理问题，其解决将导致重要的应用，特别是在医学上。在这里，一种新的蛋白质模型，能够同时提供定量的蛋白质设计和折叠。计算机模拟表明，对于大量的真实蛋白质结构，该模型产生的设计序列与相应的自然发生的序列具有相似的物理性质。设计的序列还不完全现实，需要进一步的实验测试。对于一组独立的蛋白质，众所周知，难以折叠，正确的折叠设计和天然序列也被证明。折叠性能的特点是由自由能计算。这不仅是天然和设计的蛋白质之间的一致性，但我们也表现出显着的精度时，折叠结构与实验确定的。最终，这种新的粗粒度蛋白质模型在其基本的三个特征的组合方面是独一无二的：它的简单性，它产生自然可折叠设计序列的能力，以及它的结构预测精度。后者通过自由能计算证明。同样值得注意的是，低挫折序列可以获得这样一个简单和通用的设计程序，和天然蛋白质的折叠显示漏斗状的自由能景观，而不需要任何潜在的基础上的天然结构。
2014-06-17 physics.bio-ph q-bio.BM
Active remodeling of chromatin and implications for in-vivo folding
最近的高分辨率实验提供了一个定量描述的间期染色质在大尺度上的统计特性。这些发现激发了人们对产生此类特定统计构象的通用物理相互作用的探索。在这里，我们表明，一个活跃的染色质模型在体内折叠，聚合物弹性，限制，拓扑约束和主动应力之间的相互作用的基础上所产生的ATP依赖性染色质重塑蛋白的结合（联合国）引起的稳态构象与这些实验一致。我们的研究结果使我们推测，这种积极的折叠所产生的染色质构象优化信息存储共定位基因位点共享转录资源。
2015-10-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Cotranslational folding of deeply knotted proteins
即使在基于结构的模型中，深度打结的蛋白质的正确折叠也具有非常低的成功率，所述基于结构的模型有利于天然接触的形成，但没有拓扑偏差。通过采用基于结构的模型，我们证明了在模型核糖体上的共翻译折叠可以提高蛋白质YibK形成三叶结的几率，而无需引入任何非天然接触。核糖体是由一个排斥壁代表的，它使蛋白质不断延长。核糖体上的折叠通过活结构象进行。我们阐明其形成的力学和能量学。我们表明，在上核糖体折叠的打结概率是温度的函数，并有一个最佳的温度的过程。我们的模型往往导致建立本土联系，而没有形成结。
2015-09-03 physics.bio-ph q-bio.BM
Role of Ligand Conformation on Nanoparticle-Protein Interactions
通过静脉途径施用的工程生物医学纳米颗粒（NP）易于与血清蛋白缔合。蛋白质冠可以掩盖NP表面功能化并阻碍NP递送至其生物靶标。无冠纳米颗粒的设计依赖于我们对纳米颗粒表面驱动与血清蛋白相互作用的化学物理特征的理解。在这里，我们地址，通过计算手段，人血清白蛋白（HSA）和一个典型的单层保护的金纳米粒子之间的相互作用。我们发现，化学组成（电荷，疏水性）和配体的构象偏好装饰NP表面的NP倾向结合HSA的影响。
2019-05-28 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Exploring the mechanisms of protein folding
热力学稳定性和动力学稳定性这两个流行的理论都不能全面理解蛋白质折叠。热力学理论是有误导性的，因为它假设自由能是蛋白质折叠的唯一主导机制，并将结构从一种特征状态到另一种特征状态的转变归因于能垒。相反，动力学稳定性的概念过分强调与动力学因素相关的主导机制。本文从介观科学的角度探讨了蛋白质结构稳定性的条件，关注最小自由能与其他主导机制竞争的妥协。基于我们对复杂系统的研究，我们提出蛋白质折叠是一个介观、耗散、非线性、非平衡的过程，它是由自由能和其他主导机制（如环境因素）之间的折衷所主导的。因此，蛋白质显示动态结构，其特征是交替和动态地出现的特征状态，其中只有一个是具有最小自由能的状态。为了给这一概念提供证据，我们分析了三个蛋白质折叠/展开模拟的能量和结构变化的时间序列。我们的研究结果表明，全面考虑由多种机制产生的多种动态特征结构可能是理解蛋白质折叠的关键。
2013-07-19 physics.bio-ph q-bio.BM
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
Controlling the folding and substrate-binding of proteins using polymer brushes
蛋白质的折叠与其与底物的结合之间的偶联程度因蛋白质而异。一些蛋白质在溶液中具有高度结构化的天然状态，而另一些则是天然无序的，并且仅在结合时完全折叠。在这封信中，我们使用蒙特卡罗模拟来研究如何无序的聚合物链接枝周围的结合位点影响折叠和结合的三个模型蛋白质。接近完全折叠的底物的蛋白质在结合过程中比那些折叠和结合是合作的蛋白质受到更多的阻碍。聚合物链作为局部拥挤剂，可以选择正确的折叠和结合的配置，有利于非特异性吸附状态。用于形成所有蛋白质内和蛋白质-底物接触的自由能变化可以非单调地取决于聚合物长度。
2012-04-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Predicting Relative Populations of Protein Conformations without a Physics Engine Using AlphaFold2
本文提出利用AlphaFold 2通过子采样多序列比对直接预测蛋白质不同构象的相对群体及突变引起的变化，在Abl1激酶等蛋白上预测准确率超80%，为药理学及进化研究提供高效工具。
2023-07-26 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Self Consistent Path Sampling: Making Accurate All-Atom Protein Folding Simulations Possible on Small Computer Clusters
我们引入了一个强大的迭代算法来计算蛋白质折叠途径，与现实的全原子力场。使用的路径积分形式主义，我们明确推导出一个修改后的Langevin方程直接采样的反应途径的合奏，指数降低模拟热激活转换的成本。该算法还产生一个严格的随机估计的反应坐标。在一个简单的玩具模型上说明了这种方法后，我们成功地验证了它对超长平原MD蛋白质折叠模拟的结果，快速折叠蛋白质（Fip 35），这是在安东超级计算机上进行的。使用我们的算法，计算这种蛋白质的折叠轨迹只需要1000个核心小时，甚至可以在桌面工作站上进行计算。
2017-05-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Folding and escape of nascent proteins at ribosomal exit tunnel
我们研究翻译后折叠和逃逸的两个小的单域蛋白质在核糖体出口隧道之间的相互作用，通过使用朗之万动力学与粗粒度模型。结果表明，在温度较低或接近的温度最快的折叠，折叠进行伴随着逃逸过程，导致矢量折叠和增强新生蛋白质的可折叠性。然而，随着温度的升高，这两个过程之间的共存性恶化。我们的折叠模拟以及自由能计算，通过使用伞采样表明，在低温下，折叠在隧道遵循一个或两个特定的途径没有动力学陷阱。它示出的逃逸时间可以映射到一个一维扩散模型与两个不同的制度的温度以上和以下的折叠转变温度。氨基酸与隧道壁上的吸引位点之间的吸引相互作用导致蛋白质沿逃逸路线的自由能垒。有人建议，这种障碍减缓逃逸过程，从而促进正确的折叠释放的新生蛋白质。
2016-02-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Energy landscape theory for cotranslational protein folding
能量景观理论描述了一个全长蛋白质如何在只对所有可能结构的一小部分进行采样后就能获得其天然折叠。虽然蛋白质折叠现在被理解为伴随着核糖体上的合成，但很少有人试图通过解释共翻译折叠来修改能量景观理论。本文介绍了一个模型，导致一个嵌套的能源景观的自然定义的共翻译折叠。应用子流形微分几何中的概念，定量地研究了核糖体上蛋白质折叠的动力学过程，并得到了一个好的共翻译折叠的嵌套势能面的条件.一个概括的扩散率理论，使用范坎彭的复合随机过程的技术，然后用来占熵的贡献和可变的翻译速率的影响，共平移折叠。在确定性极限下，这种随机方法与实验结果和Hamilton形式一致。
2013-10-16 physics.bio-ph q-bio.BM
Folding Mechanism of Small Proteins
广泛的Monte Carlo折叠模拟四种蛋白质的各种结构类进行，使用一个单一的原子势。在所有情况下，折叠发生在非常早期的阶段，并且蛋白质在适当的温度下折叠成它们的天然构象。结果表明，蛋白质的折叠机制不仅受热力学因素的控制，而且受动力学因素的控制：蛋白质折叠成其天然结构的方式也取决于早期折叠轨迹的收敛点，而这一点不能通过自由能曲面得到。
2003-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Statistical Mechanics Model for Protein Folding
本文提出了一种新的统计力学方法，用于描述水环境中蛋白质折叠$\leftrightarrow$的展开转变过程。形式主义的基础上的配分函数的蛋白质服从两阶段的折叠动力学的建设。利用疏水碳氢化合物溶剂化的统计力学模型，得到了蛋白质在水环境中无限稀释溶液的配分函数。计算的蛋白质热容量对温度的依赖关系进行了比较与葡萄球菌核酸酶和高铁肌红蛋白的实验测量的相应结果。
2010-05-19 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Fast protein folding is governed by memory-dependent friction
当用低维反应坐标描述时，蛋白质折叠的速率由自由能势垒和摩擦力之间的微妙相互作用决定。虽然从分子轨迹中提取自由能分布是很常见的，但直接评估摩擦力要困难得多，人们通常通过无记忆反应速率理论间接评估摩擦力。在这里，使用记忆内核提取方法建立在广义朗之万方程（GLE）的形式主义，我们直接计算的记忆依赖摩擦的8个快速折叠的蛋白质，采取从一组出版的大规模分子动力学蛋白质模拟。我们的研究结果表明，与通常的预期相反，摩擦是更重要的比自由能障碍，在决定蛋白质折叠率，特别是对于较大的蛋白质。我们还表明，蛋白质折叠的制度，摩擦的有限衰减时间显着减少折叠时间，在某些情况下多达10倍，相比基于无记忆摩擦的预测。
2022-10-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Low energy pathways for reproducible in vivo protein folding
选择两种蛋白质，一种主要属于α类，另一种属于α/β类，以测试蛋白质折叠的动力学机制。应用靶向分子动力学从两种明确定义的初始构象开始产生这两种蛋白质的折叠途径：完全延伸的构象和α-螺旋构象。结果表明，对于这两种蛋白质的α-螺旋初始构象提供了整体较低的能量途径的天然状态。对于α/β蛋白，30%（40%）的来自初始α-螺旋（完全延伸）结构的途径导致未缠结的天然折叠，通过引入明确的中间结构，成功率可以增加到85%。这些结果为寻找蛋白质折叠问题的解决方案开辟了一个新的方向，详细内容将在最后介绍。
2011-01-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
MoDyGAN: Combining Molecular Dynamics With GANs to Investigate Protein Conformational Space
University of New Mexico（新墨西哥大学）
本文提出 MoDyGAN 流程，通过将蛋白质三维结构可逆转换为二维矩阵并结合 MD 与 GAN，实现蛋白质构象空间的高效探索与合理新构象生成。
2025-07-18 cs.LG physics.bio-ph q-bio.BM
ConfRover: Simultaneous Modeling of Protein Conformation and Dynamics via Autoregression
ByteDance Seed（字节跳动种子基金）；School of Mathematical Sciences, Tongji University（同济大学数学科学学院）；Department of Automation, Tsinghua University（清华大学自动化系）
ConfRover通过自回归方法同时建模蛋白质构象与动力学，支持时间依赖和时间无关的采样，首次在单一框架内实现蛋白质构象和轨迹的生成。
2025-12-02 cs.AI cs.LG physics.bio-ph
In-silico folding of a three helix protein and characterization of its free-energy landscape in an all-atom forcefield
我们报告的可重复的第一性原则折叠的40个氨基酸，三个螺旋头部分的艾滋病毒辅助蛋白在最近开发的全原子自由能力场。使用适应盆跳跃方法的二十个模拟中的六个收敛到优于3 μ m的骨干RMS偏差到实验结构。使用这种蛋白质的60，000多种低能构象，我们构建了一个诱饵树，完全表征了它的折叠漏斗。
2003-10-29 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
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
Lipid-protein interaction induced domains: kinetics and conformational changes in multicomponent vesicles
蛋白质的时空组织和膜中相关的形态变化在细胞信号传导中具有重要意义。过去已经研究了在低细胞表面浓度下促进蛋白质聚集的几种机制。我们表明，使用蒙特卡罗模拟，蛋白质的亲和力，特定的脂质可以加速其聚集动力学。脂质膜被建模为一个动态三角形的表面与蛋白质定义为在顶点的平面内字段。我们发现，即使在低蛋白浓度下，强的脂质-蛋白质相互作用也会导致大的蛋白质簇，表明脂质介导的信号放大途径。在高蛋白浓度下，结构域形成类似于在脂质-脂质相互作用诱导的相分离中所见的芽。蛋白质相互作用诱导的结构域出芽被抑制时，蛋白质作为各向异性的夹杂物，并表现出非取向秩序。的动力学的蛋白质聚类和由此产生的构象变化被证明是显着不同的各向同性和各向异性的曲率诱导蛋白质。
2018-02-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A topological study of protein folding kinetics
聚焦于一小组蛋白质，i）以一致的，全或无的方式折叠，ii）不包含结或滑结，我们表明高斯连接积分，扭转和序列远距离接触的数量提供了关于折叠速率的信息。我们的研究结果表明，全球的拓扑结构/几何结构的蛋白质从右手向左手的折叠率降低，这种拓扑结构的变化是与更多的序列远距离接触的数量增加。
2019-09-28 cond-mat.soft math.GT physics.bio-ph
Protein Folding Simulations in a Deformed Energy Landscape
随机隧道，最近推出的全局优化技术的修改版本，作为一种新的广义集成技术，并测试了基准肽，蛋氨酸脑啡肽。它表明，新技术允许评估这种肽的折叠特性
2000-01-13 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio
The statistical properties of protein folding in the ϕ^4 theory
本文研究了蛋白质折叠的统计性质。计算采用统计力学和路径积分方法。特别地，给出了不同非线性源和蛋白质骨架与非线性源之间相互作用强度下热容随温度的演化。研究发现，非线性热源对比热的贡献是相长的，特别是在较高温度下，当它与蛋白质骨架的相互作用较弱时。这表明随着非线性源的强度变得更大，能量吸收增加。模型中的蛋白质折叠动力学模拟也得到了改进。
2012-01-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Machine learning for protein folding and dynamics
蛋白质折叠和动力学研究的许多方面都受到了机器学习最新进展的影响。从序列中预测蛋白质结构的方法现在主要基于机器学习工具。随着机器学习方法开始设计力场，进行模拟以探索蛋白质系统的能量景观的方式也在发生变化。这些方法也被用于从大型模拟数据集中提取基本信息，并增强对罕见事件（如折叠/展开转换）的采样。虽然这些方法仍有许多挑战需要解决，但我们希望这些方法在不久的将来能在蛋白质折叠和动力学研究中发挥重要作用。我们在这里讨论了所有这些方面的最新进展，以及机器学习方法成为蛋白质模拟主流需要解决的问题。
2019-11-22 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
On the Kinematics of Protein Folding
我们提供简单的解决方案，发生在蛋白质折叠的三个运动学问题。我们将展示如何构建适当的本地基本Monte Carlo移动，如何关闭一个循环，以及如何折叠一个循环，而不破坏关闭它的键。
2004-01-01 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Three-body Interactions Improve the Prediction of Rate and Mechanism in Protein Folding Models
在这里，我们研究的影响，多体相互作用的速率和机制蛋白质折叠，使用分子动力学模拟的结果，许多粗粒度的C-α模型单结构域蛋白质。在将三体相互作用明确地作为微扰添加到仅具有天然成对相互作用的Go类哈密顿量之后，我们发现1）与实验Φ值和折叠速率的相关性显著增加，2）折叠速率与接触阶的更强相关性，当天然状态中三体能量的分数为~ 20%时，与实验速率范围匹配，和3）与所研究的其他蛋白质相比，糜蛋白酶抑制剂中存在相当大量的三体能量。
2004-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Simulations of Protein Folding
我们已经开发了一个简单的，现象学的，蒙特卡罗代码，预测的三维结构的球状蛋白质的DNA序列，定义他们。我们已经将该代码应用于两种小蛋白质，绒毛蛋白头片段（1VII）和cole1 rop（1ROP）。我们的代码将两种蛋白质折叠到其天然结构的5A rms内。
1999-09-17 cond-mat.soft hep-lat 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
Molecular Dynamics Simulation of Folding and Diffusion of Proteins in Nanopores
一种新的组合的不连续分子动力学和朗之万方程，连同一个中等分辨率的模型，被用来进行长（几个$μ$）模拟和研究折叠转变和运输的蛋白质在狭缝纳米孔。考虑蛋白质和孔壁之间的吸引（$U^+$）和排斥（$U^-$）相互作用势。在接近折叠温度$T_f$和存在$U^+$的情况下，蛋白质经历折叠/部分折叠/解折叠转变的重复序列，而$T_f$随着孔径的减小而减小。当存在$U^-$时，情况正好相反。蛋白质的有效扩散率$D$被计算为它们的长度（氨基酸基团的数目）、温度$T$、孔径和相互作用势$U^\pm$的函数。远离$T_f$，$D$随$T$（大致）线性增加，但由于热波动及其对$T_f$附近蛋白质结构的影响，该区域中$D$对$T$的依赖性是非线性的。在某些条件下，蛋白质在较小孔中的转运可以比在较大孔中的转运快{ \it}。
2008-01-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
