Determining Molecular Complexity using Assembly Theory and Spectroscopy
本研究提出利用NMR、MS/MS、IR三种光谱技术实验估算分子组装指数（MA）以测定分子复杂度的方法，结果与理论值相关性良好，可用于复杂混合物，为探测外星生命提供新途径。
2023-11-07 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.QM
Structures and pathways for clathrin self-assembly in the bulk and on membranes
我们提出了一个粗粒度的网格蛋白模型，这是足够简单的计算上容易处理，但包括关键观察到的定性特征：一个三重离子结构与腿之间的排除体积;组装的多形态笼在散装;形成芽的膜。我们调查组装我们的模型，使用蒙特卡罗模拟和分子动力学与流体动力学相互作用，在后者采用一种新的膜边界条件。在本体中，组装了一系列已知的网格蛋白结构。一个膜出芽途径涉及多个小集群的合并被确定。
2014-11-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The Role of Sequence Information in Minimal Models of Molecular Assembly
本文通过比较带骨架与有序列aTAM，证明几何约束决定有限通用瓦片套件是否存在，从而揭示物理机制对高效利用序列组装信息的关键作用。
2025-03-13 math.CO physics.bio-ph
SupraTITO: Transferable Generative Molecular Dynamics for Supramolecular Systems
MFM Lab, TUM（慕尼黑工业大学MFM实验室）；AMC, TUM（慕尼黑工业大学AMC）
SupraTITO提出可迁移生成分子动力学框架，通过隐式传递算子学习肽自组装，泛化至未见序列与稀薄浓度，准确再现结构及时间演化。
2026-10-02 cond-mat.soft cs.LG physics.bio-ph
Are hydrodynamic interactions important in the kinetics of hydrophobic collapse?
我们研究了不同疏水性的两个板的组装动力学，包括发生干燥和水强烈溶剂化板表面的情况。平均力和分子尺度的流体动力学的潜力计算从分子动力学模拟在明确的溶剂作为粒子分离的函数。与我们最近关于纳米球的工作[J.Phys.Chem.B116，378（2012）]一致，发现高摩擦区域由大而慢的溶剂波动产生。这些缓慢的波动可能是由于干燥或限制。通过在显式溶剂中的分子动力学模拟和沿反应路径的布朗动力学模拟计算了组装的平均首次通过时间，布朗动力学利用了我们确定的平均力势和流体动力学剖面。令人惊讶的是，我们发现合理的协议之间的全面分子动力学和布朗动力学，尽管缓慢的溶剂松弛在组装过程中的作用。我们发现，分子尺度的流体动力学相互作用是必不可少的描述组装动力学。
2012-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Inherent variability in the kinetics of autocatalytic protein self-assembly
在小体积中，丝状蛋白质自组装的动力学预计将显示出显著的可变性，这是由内在分子噪声引起的。这在现有的确定性模型中没有考虑到。我们引入了一个简单的随机模型，包括成核和自催化生长通过伸长和断裂，这使我们能够预测的影响，分子噪声的自催化自组装的动力学。我们推导出滞后时间分布的解析表达式，这与牛胰岛素原纤化的实验结果吻合得很好。我们的表达式分解的滞后时间的变化，从初级成核和自催化生长的贡献，并揭示了如何与关键的动力学参数，这些规模。我们的分析表明，显着的滞后时间的变化，可以从初级成核和自催化生长，并应提供一种方法来提取小体积实验的早期聚集的机械信息。
2014-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Mechanosensitive Self-Assembly of Myosin II Minifilaments
自组装和力的产生是生物系统中的两个中心过程，通常被认为是分离的。然而，激活非肌肉肌球蛋白II分子马达的信号同时导致自组装成肌球蛋白II微丝以及马达头通过过桥循环的进展。在这里，我们从理论上研究耦合这两个过程的可能影响。我们的组装模型，它建立在一个共识架构的微丝，预测一个临界聚集浓度，在该浓度下的组装动力学显着放缓。组合模型预测，增加肌动蛋白丝浓度和力都导致临界聚集浓度的降低。我们认为，由于这些影响，肌球蛋白II微丝在丝状的情况下可能是在一个临界状态，反应速度比在溶液中的不同条件。最后，我们比较我们的模型，通过模拟光漂白后的荧光恢复实验。
2019-10-18 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
On the Salient Limitations of `On the Salient Limitations of the Methods of Assembly Theory and their Classification of Molecular Biosignatures'
本文回应了将Assembly Theory与压缩算法进行基准比较的尝试，指出Uthamacumaran等人的方法存在缺陷，无法正确分类数据且难以复现，从而论证了此类比较无法有效判定对象是否为选择的产物。
2024-03-26 cs.IT math.IT nlin.AO
Universal relations in the self-assembly of proteins and RNA
植根于物理学的概念在生物学中变得越来越重要，因为我们过渡到一个需要从分子到细胞水平的所有过程的定量描述的时代。在这篇文章中，我讨论了两个意想不到的发现，普遍的行为，在生物学中不常见，在蛋白质和RNA的自组装。这些令人惊讶的发现揭示了物理学思想应用于从折叠到基因表达到细胞运动和细胞间通讯的生物学问题可能会导致发现在可适应的生命系统中运作的普遍原则。
2014-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Best of Both Worlds: Uniform sampling in Cartesian and Cayley Molecular Assembly Configuration Space
EASAL（efficient atlasing and sampling of assembly landscape）是一种用于表征、可视化、采样和计算小分子组装势能面积分的几何方法。EASAL的效率来自于这样一个事实，即小装配景观允许使用所谓的凯莱参数（原子间距离）的几何表示和采样的装配配置空间区域;这导致他们的隔离，凸化，定制采样和系统遍历使用一个全面的拓扑路线图，确保合理覆盖的关键，但狭窄的区域低有效尺寸。然而，这本身是不够的构型熵和其他积分的准确计算，需要估计的自由能和动力学-其中，它是必不可少的，以获得均匀的采样在适当的carnival或模空间参数化。通过两个参数化之间的映射的雅可比矩阵对凯莱采样进行标准调整充满了来自病态雅可比矩阵的挑战。本文形式化和分析这些挑战，提供修改EASAL，确保凯莱采样的优势，同时确保一定的最小距离和覆盖范围之间的关系采样配置-在笛卡尔空间。将修饰的EASAL的性能与基本EASAL进行比较，并提供了人和大鼠胰岛淀粉样多肽（HiAPP、PDB-2KJ 7和RiAPP PDB-2KB 8）二聚化的数据（两者仅在37个残基中的6个残基上不同，但前者聚集成原纤维，而后者不）。
2014-09-03 physics.bio-ph physics.chem-ph
Spatial Patterning and Selection: How the Environment Shapes Molecular Complexity
本研究针对基于组装理论的生命探测可能因空间图案化出现假阳性的问题，通过人工化学模型探究空间组织对分子组装指数的影响，发现扩散、体系拓扑会调控分子复杂度，为生命探测实验与天体生物学任务提供参考。
2025-09-04 nlin.AO physics.bio-ph
Autonomous artificial intelligence discovers mechanisms of molecular self-organization in virtual experiments
本研究提出一种结合深度强化学习与过渡路径理论的AI智能体，可从模拟中发现分子自组织机制，克服时间尺度差距，生成可解释、可迁移的机制描述，适用于多领域组装与反应机制研究。
2021-05-14 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Geometrical frustration yields fiber formation in self-assembly
控制超分子结构的自组装对活细胞至关重要，也是纳米和微米级工程的核心挑战。然而，即使没有优化形状的颗粒也可以稳健地形成明确定义的形态。这是在许多医疗条件下的情况，其中通常可溶性蛋白质聚集成纤维。除了所涉及的分子机制的多样性，我们提出，纤维一般产生于不规则颗粒的聚集与短程相互作用。使用一个极小模型的拟合不佳，粘性颗粒，我们证明了强大的纤维形成的各种颗粒形状和聚集条件。几何挫折在这一过程中起着至关重要的作用，并占纤维形成的参数范围以及它们的亚稳特性。
2017-05-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Design principles for selective self-assembly of active networks
活细胞动态地调节其肌动蛋白细胞骨架的局部形态以执行生物学功能，包括力传递、细胞内运输和细胞分裂。一个主要的挑战是了解肌动蛋白细胞骨架的不同结构是如何从一组有限的分子构建模块组装而成的。在这里，我们研究了自发自组装的极小模型的细胞骨架材料，包括半柔性肌动蛋白丝，交联剂，和分子马达。使用粗粒度的模拟，我们表明，通过改变浓度和动力学的交联剂和电机，我们可以产生三个不同的结构阶段的肌动球蛋白组件：捆绑，极性排序，并收缩。我们引入新的指标来区分这些结构阶段，并展示其功能作用。我们发现，电机和交联剂的结合动力学可以调整，以优化收缩力的产生，电机运输和机械响应。通过定量表征细胞骨架自组装模式之间的关系，所产生的结构，以及它们的功能后果，我们的工作提出了新的原则，活性材料的设计。
2018-04-10 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Polymersomes confined self-assembly: micellisation in 2D
生物系统利用自组装来创建复杂的结构，其排列从分子到介观水平都受到精细控制。在这里，我们报告了一个例子，使用全合成系统，模拟两个层次的自组装。我们表明，使用两亲性共聚物的化学性质选择控制膜的形成和膜限制的相互作用的囊泡的形成。我们报告的聚合物囊泡的图案，出现在聚合物囊泡表面的工程界面张力。这允许通过化学合成来定制其拓扑结构的结构域的形成，从而为功能上类似于在病毒和运输囊泡中发现的那些的复杂超分子设计铺平了道路。
2015-09-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Selection of Arginine-Rich Anti-Gold Antibodies Engineered for Plasmonic Colloid Self-Assembly
抗体是在分析和治疗生物学中具有广泛应用的亲和蛋白。可以通过噬菌体展示选择从大的和多样的文库中分离显示对所选分子靶标的特异性识别的蛋白质，并在体外鉴定其编码序列。在这项工作中，我们表明，这种标准的生物化学技术迅速产生一个主要技术重要性的无机目标：晶体金属金表面的抗体蛋白结合剂的集合。21种不同的抗金抗体蛋白从抗体的大随机文库中出现并测序。所有的蛋白质序列的系统统计分析揭示了一个强大的精氨酸发生在抗金抗体，这证实了最近的分子动力学预测的关键作用，精氨酸在蛋白质/金的相互作用。一旦使用组氨酸标签化学与小的金纳米颗粒连接，所选择的抗体就可以驱动胶体在单晶金血小板表面上的自组装，作为复杂等离子体结构的可编程蛋白质驱动构建的第一步。基于绿色并矢方法的电动力学模拟表明，这里展示的抗体驱动的组件可以被利用来显着修改金血小板的等离子体模态特性。我们的工作表明，分子生物学工具可用于设计完全折叠的蛋白质和无机表面之间的相互作用，在自下而上的等离子体杂化纳米材料的构建中具有潜在的应用。
2014-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph q-bio.BM
Computer simulations show that liquid-liquid phase separation enhances self-assembly
该研究通过粗粒化分子动力学模拟发现，液-液相分离形成的凝聚体可显著提升二十面体衣壳自组装的速率、产率和稳健性，并揭示排除体积与异常中间体的调控作用。
2025-05-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Using Markov State Models to Study Self-Assembly
马尔可夫状态模型（MSMs）已被证明是一个强大的计算研究分子内过程，如蛋白质折叠和大分子构象变化的方法。在这篇文章中，我们提出了一种新的方法来构建MSMs，适用于建模广泛的一类多分子组装反应。组装过程中形成的不同结构通过它们的无向图来区分，无向图由强亚基相互作用来定义。自由亚基的空间不均匀性占使用最近开发的基于高斯的签名。这种状态识别的简化也进行了研究。在两种不同的粗粒度病毒自组装模型上验证了该方法的可行性。我们发现MSM和长期，无偏模拟预测的动态之间有很好的一致性，MSM可以减少整体模拟时间的数量级。
2014-02-07 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
A charge dependent long-ranged force drives tailored assembly of matter in solution
溶液中带电物体之间的相互作用通常被认为概括了电磁学的两个中心原理：（i）带相同电荷的物体相互排斥，（ii）它们这样做与它们的电荷符号无关。在这里，我们实验证明，溶剂中起着迄今无法预见的，但至关重要的作用，在粒子间的相互作用，重要的是，在流体相的相互作用可以打破电荷反转对称性。我们发现，在水溶液中，带负电荷的粒子可以吸引在长距离，而带正电荷的粒子排斥。在溶剂中，表现出一个反转的净分子偶极在界面上，如醇类，我们发现，相反的情况可能是真的：带正电的粒子可能会吸引，而负排斥。这些观察结果适用于各种各样的表面化学：从无机二氧化硅和聚合物颗粒到水溶液中的生物和多肽涂层表面。一种在界面上引发溶剂化的粒子间相互作用理论解释了这些观察结果。我们的研究建立了一个特定的和未预料到的机制，通过该机制，分子溶剂可能会在溶液中产生强大的和长程的力，对各种颗粒和分子过程产生直接影响，包括定制的自组装，凝胶化和结晶，以及生物分子凝聚，凝聚和相分离。这些发现还揭示了溶剂诱导的界面电势-电化学和界面科学中的一个难以捉摸的量，涉及许多自然和技术过程，如大气化学反应，电化学能量储存和转换，以及离子穿过细胞膜的传导。
2022-12-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Robust nonequilibrium pathways to microcompartment assembly
蓝细菌将光合酶隔离到微区室中，促进二氧化碳转化为糖。这些结构和自组装病毒衣壳之间的几何相似性激发了将微区室作为组成蛋白质的稳定平衡排列的模型。在这里，我们描述了一种不同的机制，微区室组装，一个是从根本上非平衡，但高度可靠。这一途径是通过模拟一个分子模型来揭示的，该模型解析了货物液滴的大小和形状，以及弹性壳的范围和形貌。由此产生的亚稳态微区室结构非常类似于那些carboxysomes，具有狭窄的尺寸分布和小面壳。其组装动力学的本质可以从一个简单的数学模型来理解，该模型结合了经典成核理论与连续弹性的元素。这些结果突出了重要的控制变量，实现纳米封装一般，并特别是用于调制的大小和形状的carboxysomes。
2018-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Synthesis and self-assembly of lipid (DMPC)-conjugated gold nanoparticles
生物共轭纳米材料在开发新型超分子结构、分子机器和生物传感器件等方面具有广阔的应用前景。在这项研究中，脂质共轭金纳米粒子的合成，并允许形成自组装单层结构。通过相转移方法制备纳米颗粒，该方法涉及在水溶液中通过柠檬酸钠还原四氯金酸钾（III），并同时将还原的物种转移到含有DMPC（1，2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱）的有机介质中。采用紫外可见光谱和动态光散射（DLS）粒度分析对金纳米粒子进行了表征。此外，使用透射电子显微镜（TEM）检查所得纳米颗粒。LB技术用于在室温下将DMPC封端的纳米颗粒组装到水亚相上。压缩等温线的测量证实了脂质封端的金纳米颗粒的组装。这种利用脂质分子相互作用合成有序结构的方法将有助于开发新型超材料和纳米电路。
2012-07-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Combinatorial Compression in Nucleobase Self-Assembly Governed by Seeding Kinetics
The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
以腺嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧啶的过饱和混合物为模型，研究竞争超分子结晶。发现三元混合物结晶慢且低效，而预形成的晶种可促进其有序生长，此过程为动力学压缩，为选择分子混合物组成途径提供机制。
2026-07-07 physics.bio-ph physics.chem-ph
