Secondary-Structure Phase Formation for Semifelxible Polymers by Bifurcation in Hyperphase Space
通过广义微正则拐点分析方法研究半柔性聚合物，发现了一种由发夹和环等二级结构主导的混合结构相，该相起源于逆温度与弯曲刚度张成的超相空间中的分岔，揭示了生理条件下大分子平衡熵变性与能量稳定性的必要性。
2023-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A Solvable Model of Secondary Structure Formation in Random Hetero-Polymers
我们提出并解决了一个简单的模型描述二级结构形成的随机杂聚物。它描述了具有一维短程相互作用（代表空间力和氢键）和无限程相互作用（代表极性力）的单体。我们解决我们的模型使用平均场和随机场技术的组合，导致相图展示折叠，部分折叠和未折叠状态之间的二阶过渡，包括折叠取决于初始条件的区域。我们的理论结果，这是在良好的协议与数值模拟，导致一个有吸引力的物理图片的折叠过程：极性力驱动的过渡到一个崩溃的状态，空间位阻力引入单体特异性，和氢键稳定的构象通过阻尼挫折诱导的多重状态。
2001-01-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Scaling properties of RNA as a randomly branching polymer
本文利用随机分支聚合物理论，通过将RNA二级结构映射为平面树，确定了两个标度指数，发现其标度行为类似三维自回避树，并建立了分析固定长度RNA分支性质的框架。
2023-05-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
From polymers to proteins: effect of side chains and broken symmetry in the formation of secondary structures within a Wang-Landau approach
我们研究了单一柔性均聚物的平衡性质，其中连续单体由不可穿透的硬球珠表示，彼此相切，非连续单体通过方阱势相互作用。为此，我们使用副本交换规范模拟和微规范王-朗道技术。我们对相应的结果进行了比较分析，发现两种方法之间以及过去的结果之间完全一致。然后在两个不同的方向上细化模型。通过允许连续珠子之间的部分重叠，我们打破了球形对称性，从而对链的可能构象提供了严格的约束。这导致单螺旋或双螺旋基态，这取决于相互作用的范围。或者，我们在特定位置引入额外的球形珠来表示真实蛋白质中侧链的空间位阻。在这种情况下，发现基态又是一个球，因此表明与最近的一些建议相反，侧链本身不足以确保蛋白质样结构。最后，我们表明，上述两种效应的组合增加了获得的二级结构的稳定性，与以前的结果一致。的方井吸引力的范围所发挥的基本作用被突出，它表明，它们发挥的作用类似于在简单的液体和聚合物中发现的。最后讨论了蛋白质折叠的研究前景。
2016-04-20 cond-mat.soft
RNA secondary structure formation: a solvable model of heteropolymer folding
在RNA二级结构的背景下研究了杂聚物结构形成的统计力学。设计的RNA序列偏向于一个特定的天然结构（发夹）被用来研究天然和熔融相的RNA之间的转变作为温度的函数。该转变是由从聚合物与天然结构的重叠获得的能量与形成随机接触的熵增益之间的竞争驱动的。提出了一种简化的类围棋模型并精确求解。预测的临界行为验证通过精确的数值枚举一个大的合奏类似设计的序列。
1999-03-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Pulling Hairpinned Polymers
我们介绍了一个模型的RNA -或单链DNA-分子，其中包括发夹形成的可能性空间中的热构象。该模型包含通常的二级结构信息，但将其扩展到三元结构的一个元素，即端到端距离的研究。计算的力-伸长特性与最近对单链DNA分子的一些测量结果吻合得很好。
2000-06-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Inhibiting amyloid-like aggregation through bio-conjugation of proteins with polymer surfactant
防止蛋白质聚集并因此稳定蛋白质具有很大的生物学和生物技术意义。在这里，我们表明，抑制淀粉样聚集体是可能的化学计量共轭聚合物表面活性剂和牛血清白蛋白（BSA）选择作为模型蛋白。我们使用硫磺素-T的荧光光谱，动态光散射和FTIR光谱的聚合物表面活性剂改性和未改性（本地）BSA溶液中的聚集行为相结合的调查。BSA-聚合物表面活性剂缀合物在聚集条件下稳定长达5天，而天然BSA形成淀粉样蛋白纤维状结构。此外，使用热处理的100至200 μM天然BSA聚集体进行的基于DLS的微观流变学研究提供了在非常大的频率范围内（达到MHz）的平衡弹性和粘性模量的理解，这是使用本体流变学无法达到的。我们的研究结果表明，经过6天的聚集条件，弹性模量显示值在1.2至3.6帕之间，对应于105纳米的缠结长度（λ）。有趣的是，在塑料Eppendorf中将200 μM天然BSA溶液在65 ℃下加热2天，得到自立膜。这些薄膜表现出强ThT-荧光强度和一个主要的\b{eta} -片层二级结构的FTIR研究，这表明，自立的微观结构导致分级自组装的淀粉样蛋白原纤维。
2020-05-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The Hydrodynamic Scaling Model for the Dynamics of Non-Dilute Polymer Solutions: A Comprehensive Review
本文对聚合物稀溶液和非稀溶液动力学的流体动力学标度模型进行了全面的综述。流体动力学标度模型与其他一些非稀释聚合物溶液的处理方法不同，因为它需要高浓度的聚合物动力学由溶剂介导的流体动力学相互作用主导，假定链交叉约束最多会产生二次校正。许多其他模型采取相反的立场，即链交叉约束主导的动态nondilute聚合物溶液，而流体动力学的相互作用只创建二次校正。本文以历史回顾开始。然后，我们考虑单链的行为，特别是柯克伍德-里斯曼模型，柯克伍德-里斯曼和更熟悉的Rouse-Zimm模型之间的矛盾被强调。一个扩展的Kirkwood-Riseman模型，使链间的流体动力学相互作用的开发和应用产生的自扩散系数和低剪切粘度的伪维里系列。要外推到大的浓度，基于自相似性和Altenberger-Dahler正函数重整化群的原理被开发并应用于$D_{s}$和$η$的pseudovirial系列。基于重整化群方法，引入了一种双参数时间尺度分析方法，以确定存储模量和损耗模量的频率依赖性。一个简短的描述是为每个单独的文件，开发的流体动力学缩放模型。现象学的证据支持方面的模型指出。最后，提出了水动力尺度模型的发展方向。
2016-06-29 cond-mat.soft
Physics of thick polymers
我们提出了一类新的链分子，我们称之为厚聚合物的行为的分析计算和数值模拟的结果。这种聚合物的厚度的概念，被看作是一个管，是由一个特殊的三体相互作用封装和影响的行为在本地和非本地。当厚的聚合物由于有吸引力的自相互作用而发生压缩时，我们发现在零温度下随着厚度的增加在压缩相和溶胀相之间发生了一种新的相变。在这种转变的附近，短管形成空间填充螺旋和表中观察到的蛋白质天然状态的结构。在增加链长或链的数量时，我们在数值上发现从二级结构基序到类似于多肽中的聚合物或淀粉样蛋白纤维的半结晶相的相当独特的一类结构的交叉。
2005-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Effects of RNA branching on the electrostatic stabilization of viruses
许多单链（ss）RNA病毒从衣壳蛋白亚基和核酸自组装以形成感染性病毒体。据信，带负电荷的RNA和带正电荷的病毒衣壳蛋白之间的静电相互作用驱动了包装，尽管越来越多的证据表明病毒RNA的序列也在包装中起作用。特别地，该序列将决定ssRNA在溶液中可能采用的二级结构。在这项工作中，我们使用平均场论来研究如何结合静电相互作用的RNA的二级结构影响组装的效率和组装的病毒粒子的稳定性。我们表明，RNA的二级结构可能会导致负渗透压，而线性聚合物在相同的条件下会导致正渗透压。这可能表明，分支结构使RNA更有效地包装和病毒粒子更稳定。
2016-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Structure and phase behavior of polymer-linked colloidal gels
低密度的“平衡”凝胶由胶体颗粒的分散的、动力学停滞的网络组成，并且对老化有弹性，可以通过限制在胶体之间形成的有效键的数量来制造。化合价受限的片状颗粒长期以来一直作为此类材料的一个原型实例，但平衡凝胶也可以通过合成上更简单且可扩展的策略来实现，该策略引入二级连接体，例如小的双配位分子，以介导胶体之间的键。在这里，我们考虑的情况下，ditopic连接分子是低分子量的聚合物和演示使用模型胶体-聚合物混合物如何宏观性能，如相行为以及凝胶的微观结构可以通过聚合物的分子量和浓度来设计。平衡凝胶形成的低密度窗口有利地使用较长的连接体扩展，同时必然增加所有胶体之间的间距。然而，我们表明，具有不同尺寸的连接体的共混物，使更广泛的变化，在微观结构为一个给定的目标相行为。我们的计算研究提出了一个强大的和可调的策略，实验实现平衡胶体凝胶。
2019-07-10 cond-mat.soft
Two Lifshitz points in melt-crystallized polymers: nanostructure, necking, energy dissipation
在相变标度理论和临界现象的框架下，讨论了熔融结晶聚合物的结构。该模型的构建遵循拉伸聚合物材料和耗散的能量从各向同性到取向状态的过渡过程。它是可能的，以估计二次弛豫转变的温度。该模型的熵参数为：空间维数、有序场组分数、聚合度。库恩段、熔化温度和两个旋转异构体的能量差可以作为能量参数。该模型能够计算许多重要的结构和动态物理值：结晶相与非晶相的密度比;各向同性层状材料中结晶层和非晶层的厚度;结晶度;由于缠结引起的波动间距;颈拉伸比;断裂拉伸比;与gosh-transs转变有关的弹性形变;该模型是基于这样的假设，即存在两个Lifshitz点在这种聚合物。颈缩拉伸比表征了一个不可逆过程，在此过程中观察到能量耗散。例如，这是与磁系统的主要区别。所得到的结果是在一个很好的协议与实验数据，包括溶液结晶聚合物的结果。
2008-12-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
The secondary structure of RNA under tension
我们研究了随机无序RNA或单链DNA聚合物的力诱导展开。该系统经历了一个二级相变，从一个崩溃的球状相在低的力到一个广泛的项链相与宏观端到端的距离在高的力。在低温下，序列的不均匀性改变了临界行为。我们提供了数值证据的普遍性的临界指数，外推的标度律为零力，包含有用的信息的基态（f=0）的属性。这为定量研究表征坍缩小球的标度指数提供了一种很好的方法。为了消除热涨落的模糊效应，我们把自己限制在固定外力作用下的基态。我们分析的统计重排，特别是低于临界力，并指出其影响力的扩展实验上的单分子。
2002-10-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hydrodynamic Spin-Pairing and Active Polymerization of Oppositely Spinning Rotors
针对异质转子群体集体动力学研究不足的问题，本文结合实验、模拟与解析方法，发现反向旋转转子可通过流体作用与位阻效应自组装为旋聚体活性链，揭示了非平衡聚合机制，为自组装超材料设计提供新思路。
2024-09-11 cond-mat.soft
Force-induced denaturation of RNA
我们定量描述了RNA分子的影响下施加在其两端的外力在一个典型的单分子实验。我们的计算采用了核苷酸之间的相互作用，通过使用实验确定的RNA二级结构的自由能规则和模型的外部单链区域的聚合物性质明确作为弹性自由连接的链。我们发现，尽管复杂的二级结构，力延伸曲线是典型的光滑准平衡。我们确定和表征两个序列/结构依赖的机制，除了序列独立的熵弹性的外部单链区域，是负责的平滑度。这些涉及到外力同时作用的不同结构元件之间的补偿，以及次优结构的贡献。我们估计有多少功能记录在非平衡状态下的力-延伸曲线，在那里的拉力比在分子的二级结构中的重排进行得更快，可以显示在原则上。我们的软件通过“RNA提取服务器”向公众提供。
2001-05-30 cond-mat.soft q-bio.BM
Challenges and opportunities in piezoelectric polymers: Effect of oriented amorphous fraction in ferroelectric semicrystalline polymers
本文揭示铁电半结晶聚合物中压电性主要源于有序非晶相（OAF）而非结晶相，提出电致伸缩机制，并发现高功率超声可诱导SCOAF增强PVDF压电性能。
2025-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
The nonlinear elasticity of an $α$-helical polypeptide
我们研究了蠕虫状链的最小延伸，以描述具有α-螺旋二级结构的多肽。在该模型中，二级结构的存在/不存在作为控制局部链弯曲模量的标量变量进入。使用这个模型，我们计算拉伸应力下的α-螺旋的拉伸遵守，弯曲遵守的分子下施加的扭矩，和非线性相互作用的这种扭矩和力的分子。我们发现，由于耦合的“内部”二级结构变量的聚合物的构象自由度，分子具有高度的非线性响应所施加的应力和力偶。特别是，我们证明了一个尖锐的延长过渡下施加的力和施加的扭矩下的屈曲过渡。最后，我们推测，固有的双稳态的分子可能是蛋白质构象变化\emph{in vivo}的基础。
2004-05-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Insights into Protein Unfolding under pH, Temperature, and Shear using Molecular Dynamics Simulations
本研究通过全原子分子动力学模拟发现，高温、酸性pH和剪切应力分别通过不同途径诱导牛血清白蛋白去折叠，提示需针对不同应激源采取差异化稳定策略。
2024-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
From isolated polyelectrolytes to star-like assemblies: The role of sequence heterogeneity on the statistical structure of the intrinsically disordered Neurofilament-low tail domain
本研究利用同步辐射小角X射线散射探究NFL无序尾部结构域的序列异质性对其统计结构的影响，发现不带电结构域诱导吸引相互作用使其自组装成星状聚合物刷，而截断后带电结构域保持孤立聚电解质特征。
2024-02-18 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spontaneous dimensional reduction and novel ground state degeneracy in a simple chain model
链分子在聚合物领域和活细胞中起着关键作用。我们的重点是一个新的均聚物模型的线性链分子受到有吸引力的自相互作用促进紧凑性。我们分析模型使用简单的分析参数辅以广泛的计算机模拟。我们发现了几个惊人的结果：有一个一阶过渡从高温无规卷曲相到一个非常不寻常的低温相;模块基态表现出显着的简并性;的基态结构表现出自发的降维，并有一个两层结构;和基态组装的螺旋和链由紧环连接的二级图案。我们讨论的相似之处和显着的差异之间的基态结构（我们称之为这些PoSSuM -平面结构与二级基序）的新阶段和蛋白质的天然状态结构。
2021-03-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A model for the force stretching double-stranded chain molecules
我们修改和扩展了最近开发的统计力学模型，用于预测具有非共价双链构象的链分子的热力学性质，如在RNA或ssDNA中，和蛋白质中的$β-$片，包括在一个典型的单分子实验中的分子一端的恒力拉伸。基于聚合物图论方法计算了链的双链区域的构象[S-J. Chen和K. A. Dill，J. Chem. Phys. { \bf 109}，4602（1998）]，而未配对的单链区域被视为自我回避行走。序列依赖性和排除体积相互作用被明确考虑。两类构象，发夹和RNA二级结构进行了探讨。对于发夹构象，精确地列举了对应于不同类型的双链区域的所有可能的端到端距离。对于RNA二级结构构象，结合二级结构和末端-末端分布，推导了一个新的递推公式。使用该模型，我们调查的延伸力曲线，接触和人口分布和再进入现象，分别。我们发现发夹构象和二级结构构象的均质链拉伸力有很大的不同：发夹构象的解折叠是两态的，而二级结构构象的解折叠是一态的。此外，重入跃迁仅存在于发夹构象中，而在二级结构构象中未观察到。
2002-12-12 cond-mat.soft q-bio
Effective stiffness and formation of secondary structures in a protein-like model
我们使用Wang-Landau和复制交换技术来研究增加刚度对蛋白质类系统中二级结构形成的影响。考虑了两种可能的模型。在这两种模型中，聚合物链由拴系珠粒形成，其中非连续的主链珠粒通过代表链折叠趋势的方阱势相互吸引。此外，将较小的硬球沿着垂直于链的方向连接到每个非末端骨架珠，以模拟真实蛋白质中侧链的空间位阻。然而，这两种模型在弯曲刚度的施加方式上有所不同。在第一个模型中，允许连续珠之间的部分重叠。这减小了连续键之间可能的弯曲角度，从而产生与短程吸引力竞争的有效熵刚度，并导致形成蛋白质特有的二级结构。我们讨论了低温相图作为增加互穿的函数，并找到了从平面，β样结构，螺旋形状的过渡。在第二个模型中，一个充满活力的刚度是明确引入施加一个无限大的能量罚款以上的连续键之间的临界角的弯曲，并没有罚款低于it. The低温阶段，该模型没有显示出任何迹象的蛋白质样的二级结构。然而，在中间温度下，链仍然是在线圈构象，但刚度是显着的，我们发现这两个模型来预测一个非常相似的依赖性的持久性长度作为刚度的函数。这种行为是合理的，在两个模型之间的一个简单的几何映射。最后，我们讨论了将侧链收缩为零的影响，发现上述映射仍然成立。
2016-08-10 cond-mat.soft
RNA denaturation: excluded volume, pseudoknots and transition scenarios
提出了一个能充分考虑核苷酸间排斥体积效应的RNA变性格子模型。数值研究表明，形成伪结的相互作用，必须包括为了得到一个尖锐的连续过渡。否则，从溶胀的线性聚合物行为到高度分枝的、具有二级结构的几乎紧凑的构象发生平滑的交叉。在后一种情况下，当这些结构比伪结链接稳定得多时，循环和主分支长度的概率分布服从非经典指数的标度。
2003-03-12 cond-mat.soft q-bio
Contact statistics highlight distinct organizing principles of proteins and RNA
虽然RNA和蛋白质都具有密集的天然结构，但这两种生物聚合物的链组织是根本不同的。最近发现染色质折叠，间期染色体的领土组织的签名指向亚稳定性的动机，我们分析了蛋白质数据库中存放的生物分子结构，发现链内接触概率，$P(s)$作为弧长$s$的函数，在$s$，$10\lesssim s\lesssim 110$的中间范围内的幂律$\sim s^{-γ}$衰减。我们发现，接触概率标度指数为$γ\approx 1.11$的大RNA（$N>110$），$γ\approx 1.41$的小尺寸RNA（$N<110$），和$γ\approx 1.65$的蛋白质。考虑到高斯统计预期在聚合物熔体中完全平衡的链，在天然状态下大RNA的子链的$γ$值与$γ=1.5$的偏差表明RNA的链构型没有完全平衡。视觉上清楚的是，大尺寸RNA（$N\gtrsim 110$）的折叠结构采用褶皱结构，被划分成由沿着链的近端序列组装的模块化多结构域，而折叠蛋白质的多肽链看起来更好地与结构的其余部分混合。我们对大RNA的$γ\approx 1$的发现可能是折叠过程中二级到三级元件的等级排序的必然结果。
2016-04-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Role of pulling direction in understanding the energy landscape of proteins
单分子力谱提供了蛋白质的基本能量表面的细节，这对于理解它们的去折叠过程至关重要。最近，人们在实验中观察到，通过将蛋白质拉向相对于其二级结构的不同方向，可以更好地了解能量景观的形状。我们考虑简单的晶格模型，这是各向异性的性质，研究在打开的聚合物的力的响应。我们的分析解决方案的模型，支持广泛的数值计算，揭示了力的温度图是非常不同的，取决于所施加的力的方向。我们发现，无论是解压缩或剪切类过渡占主导地位的动态的展开过程中，完全取决于所施加的力的方向。
2008-08-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Free Energy Landscape of Protein-like Chains with Discontinuous Potentials
在这篇文章中，两个简单的蛋白质模型组成的聚合物组成的四种不同类型的单体的周期序列的构型空间作为温度的函数进行了研究。在蛋白质模型中，氢键相互作用，静电排斥，共价键振动分别由不连续的步骤，肩和方阱势，建模。蛋白质样链在低温下以其折叠状态表现出二级α螺旋结构，并且通过考虑哪些珠子被结合来允许对构型的自然定义。自由能和熵的配置计算使用并行回火方法结合混合蒙特卡罗抽样的正则系综的不连续的潜在系统。观察到的最常见的配置的概率是用来分析的自由能景观的性质，它被发现，具有最少数量的可能的债券的模型表现出漏斗状的自由能景观在足够低的温度下的链少于30珠。对于较长的蛋白质，景观由几个极小值，其中具有最低自由能的构型通过降低温度而显着变化，并且由于最低可获得势能的简并性，观察到最常见构型的概率永远不会接近1。
2012-03-23 cond-mat.soft
