Universality of Vibrational Spectra of Globular Proteins
结果表明，球状蛋白质的振动光谱的模式密度是普遍的，即，无论所讨论的蛋白质是什么，它都紧密地遵循一条通用曲线。本研究，包括135蛋白质分析与全原子经验势（CHARMM 22），并使用所有原子的笛卡尔自由度的完整补充，远远超出了以前的普遍性要求，确认普遍性即使在高频范围内也成立（300- 4000 1/cm），其中态密度的峰和转折从一个蛋白质到下一个蛋白质忠实地再现。我们还表征了平均光谱密度的波动，为罕见的，不寻常的光谱和这种“离群”蛋白质的偏差的结构原因进行有意义的讨论铺平了道路。由于用于推导振动模式的方法（势能公式、所采用的自由度集等）不适用于计算振动模式。的谱密度有显着的影响，我们的研究结果的另一个重要意义是，普遍性可以提供一个精致的工具，用于评估和提高用于NMA计算的各种模型的质量。最后，我们表明，输入配置也会影响模式的密度，从而强调简化的势能制剂，在一开始就最小化的重要性。
2016-01-28 physics.bio-ph q-bio.BM
Universal geometrical factor of protein conformations as a consequence of energy minimization
蛋白质的生物活性和功能特异性取决于它们的天然三维结构，这些结构由分子间和分子内相互作用决定。本文研究了蛋白质折叠中能量最小化引起的蛋白质构象几何因子。链长范围为183至548个残基的10种多肽的折叠模拟表明，<r>范德华体积V与表面积A和折叠结构的平均原子半径的无量纲比（V/（A））<r>，用SMMP中使用的原子半径设置计算[Eisenmenger F.，et.例如，Comput.物理通讯，138（2001）192]，在能量最小化过程中快速接近0.49。对蛋白质结构的大规模分析表明，真实蛋白质和精心设计的蛋白质的比率是通用的，等于0.491 \pm 0.005。疏水性和亲水性残基的分数组成基本上不影响该比率。这个比例也适用于内在无序的蛋白质，而它不再是普遍的多肽与坏的折叠特性。
2012-03-01 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.data-an
Universal Protein Distributions in a Model of Cell Growth and Division
在细菌和酵母菌中广泛的条件下测量的蛋白质分布显示出常见的偏斜形状，方差二次依赖于平均值。对于细菌来说，这些特性是通过对蛋白质含量的时间测量来再现的，显示出跨代的积累和分裂。在这里，我们提出了一个随机增长和分裂模型的反馈，捕捉这些观察到的属性。极限拷贝数分布被精确地计算，并且发现单个参数来确定分布形状和方差-均值关系。估计这个参数从细菌的时间数据再现测量的分布形状具有高精度，并导致预测未来的实验。
2015-10-22 physics.bio-ph q-bio.SC
Confinement enhances the diversity of microbial flow fields
尽管它们在许多生物学、生态学和物理学过程中的重要性，但严格限制下的微生物流体流动尚未进行实验研究。Stokelets在这种几何形状的强筛选表明，不同的微生物的流场应普遍占主导地位的2D源偶极子从游泳者的有限大小的身体。因此，限制有望消除微生物之间的差异，而这些差异是大量建立的。在这里，我们结合实验和理论建模来表明，一般来说，这是不正确的。我们的研究结果表明，潜在的微小的细节，如microswimmer的旋转和物理安排的推进附件，实际上有一个主导作用，在设置定性的拓扑性质的流体动力学流场的微型游泳限制。即使在相对较弱的约束下，有效的2D模型也能很好地捕捉到这一点。这些结果意味着，主动封闭的流体动力学是更丰富的比散装，并在一个微妙的方式取决于大小，形状和推进机制的活动组件。
2019-11-25 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.CB
Synergy of Topoisomerase and Structural-Maintenance-of-Chromosomes Proteins Creates a Universal Pathway to Simplify Genome Topology
拓扑纠缠严重干扰重要的生物过程。由于这个原因，在细胞周期的大部分时间里，基因组必须保持不打结和不连接。II型拓扑异构酶（TopoII）在这一过程中发挥了重要作用，但在体内产生系统的DNA解缠结的精确机制尚不清楚。在这里，我们报告的计算证据表明，染色体结构维护（SMC）蛋白质-如凝聚素和凝聚素-可以与TopoII合作，建立一个协同机制，以解决拓扑纠缠。SMC驱动的环挤出（或扩散）诱导的空间定位的必要的交叉点，反过来催化简化结和链接的TopoII酶，即使在拥挤和狭窄的条件下。我们发现的机制是普遍的，因为它不定性地依赖于特定的底物，无论是DNA或染色质，或SMC的持续合成能力;因此，我们认为，这种协同作用可能是在整个生物体和整个细胞周期的工作。
2019-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Universal and accessible entropy estimation using a compression algorithm
熵和自由能估计是模拟系统的热力学特性的关键，从自旋模型到聚合物、胶体、蛋白质结构和药物设计。目前的技术受到模型特定，需要大量的计算资源和模拟的条件下，远离研究的实现。在这里，我们提出了一个通用的方案来计算熵使用无损压缩算法，并验证它的模拟系统的复杂性不断增加。我们的结果显示准确的熵值相比，基准计算，同时计算有效。在蛋白质折叠的分子动力学模拟中，我们通过测量沿着模拟时间轴的先前不可检测的熵波动来表现出对折叠状态的无与伦比的检测能力。这样的熵评估打开了一个新的窗口，复杂系统的动态，并允许有效的自由能计算。
2019-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Free-energy distribution of binary protein-protein binding suggests cross-species interactome differences
大规模酵母双杂交（Y2 H）筛选的主要进展提供了一个全球性的观点，二进制蛋白质相互作用在不同物种的人，酵母，细菌。值得注意的是，这些分析表明，所有研究的物种都具有近似无标度的蛋白质-蛋白质结合度分布（按幂律变化），尽管它们的进化分歧时间相差数十亿年。普遍的幂律定律只显示了这些高吞吐量数据所包含的丰富信息的表面。我们开发了一个详细的数学模型的蛋白质相互作用网络的基础上缔合自由能，生化量，决定蛋白质相互作用强度。该模型再现了所有可用的大规模Y2 H数据集的度分布，并允许我们提取自由能的分布，即给定物种的一对蛋白质结合的可能性。我们发现，跨物种的相互作用有显着的差异，反映了蛋白质相互作用的强度。我们的研究结果确定了一个全球性的进化转变：进化程度更高的生物体具有更弱的二元蛋白质-蛋白质结合。这一结果与蛋白质解折叠性增加的进化一致，并挑战了只有特定的蛋白质相互作用才具有生物学功能的教条。
2006-07-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.MN
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
Disordered nano-wrinkle substrates for inducing crystallization over a wide range of concentration of protein and precipitant
有大量的蛋白质，其存在是已知的，但不知道它们的晶体结构，因为很难找到它们结晶的确切条件。在具有小而大的孔分布的无序多孔基底上的非均质成核被认为是解决这个问题的灵丹妙药，但实际上并不存在适用于使大量蛋白质结晶的通用成核剂。为此，我们在这里报告的纳米褶皱基板，显示显着的能力和控制蛋白质结晶。不同蛋白质的实验表明，在这些底物上，即使在缓冲液中蛋白质浓度很低的情况下，晶体也能成核。沉淀剂浓度在约0.003- 0.3 M的数量级范围内变化时，出现少量非常大的晶体;对于某些蛋白质，甚至在不添加任何沉淀剂的情况下也出现晶体，而在任何其他异质底物中均未观察到。从本质上讲，这些底物显着降低了上述两个参数的影响，这两个参数被认为是结晶的关键因素，这意味着可以利用这一优势来寻找其他尚未结晶的蛋白质的结晶条件。
2015-10-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Void distributions reveal structural link between jammed packings and protein cores
球状蛋白核心中疏水残基的密集堆积决定了它们的稳定性。最近，我们已经表明，蛋白质核心具有填充分数$ϕ\approx 0.56$，这是相同的密集，随机堆积的氨基酸形状的颗粒。在这篇文章中，我们比较了蛋白质核心和堵塞包装的氨基酸形状的颗粒在更大的深度，通过测量其本地和连接的空隙区域的结构特性。我们发现，在这两个系统中的表面Voronoi细胞体积和局部孔隙率的分布服从相似的统计。我们还测量的概率，可访问的，连接的空隙区域作为一个功能的球形探针粒子的大小渗透，并表明这两个系统具有相同的临界探针大小。通过测量临界指数$τ$，我们发现在氨基酸颗粒和蛋白质核的堆积中的空隙渗流属于同一普适类，这不同于在堵塞的球形堆积中的空隙渗流.我们建议，蛋白质的连接空隙区域是蛋白质的定义特征，并且可以用于区分实验观察到的蛋白质与使用计算蛋白质设计软件生成的诱饵结构。这项工作强调，堵塞包装的氨基酸形状的颗粒可以作为蛋白质核心的结构和机械类似物，因此可能是有用的，在模拟蛋白质核心的响应腔扩大和减少突变。
2018-10-31 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Determining the purity of single-helical proteins from electronic specific heat measurements
本研究在紧束缚框架下理论分析单螺旋蛋白质的定容电子比热，揭示其随温度、无序度的变化规律，提出可利用电子比热区分纯与缺陷蛋白质样品，为全基因组检测前的筛查提供技术基础。
2024-05-21 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph
Universal power law behaviors in genomic sequences and evolutionary models
我们研究了一类特殊的DNA序列的长度分布，称为5'UTR外显子。这些外显子属于蛋白质编码基因的信使RNA，但它们不编码（它们位于mRNA编码部分的上游），因此从进化的角度来看，它们受到的限制较少。我们发现，在小鼠和人类中，这些外显子的长度分布显示出非常干净的幂律衰减，并提出了一个简单的进化模型，可以解释这一发现。我们推测，这种幂律行为可能确实是高等真核生物的一般特征。
2007-06-15 cond-mat.other physics.bio-ph q-bio.GN
From cellular properties to population asymptotics in the Population Balance Equation
在稳态生长下的增殖细胞群体通常表现出具有指数尾的宽蛋白质分布。这种变异的来源及其普遍性具有很大的理论意义。在这里，我们解决这个问题的人口平衡方程的渐近分析。我们表明，稳态分布尾部是由蛋白质生产和细胞分裂的组合，是不敏感的其他模型的细节。在一般条件下，这条尾巴是指数依赖于与实验一致的参数。我们讨论的条件，这种效果是占主导地位的其他来源的变化和实验的关系。
2008-07-24 physics.bio-ph q-bio.PE
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
