Understanding the dependence on the pulling speed of the unfolding pathway of proteins
研究了蛋白质的去折叠途径对拉伸速度的依赖性。这是通过引入包含具有不同特征双稳态自由能的$N$单元的简单一维链来完成的。这些单元代表模块化蛋白质中的每个模块或蛋白质结构域中的每个中间“解折叠”，其可以是折叠的或解折叠的。通过向链条的最后一个单元施加力来拉动系统，并且单元按照优选的顺序解开。我们发现，去折叠序列强烈依赖于拉动速度$v_{p}$。在最简单的情况下，出现了一个临界拉伸速度$v_{c}$：对于拉伸速度$v_{p}<v_{c}$，最弱的单元首先展开，而对于$v_{p}>v_{c}$，则是拉伸的单元首先展开。通过微扰展开，我们找到了这个临界速度的精确表达式。
2015-07-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unfolding times for proteins in a force clamp
从原生谷蛋白质受到恒定的拉伸力的逃逸过程中检查使用的β-桶模型。对于广泛的力，展开动力学可以被视为一维扩散，参数化的端到端的距离。特别是，逃逸时间可以被评估为第一次通过时间的布朗粒子移动的蛋白质自由能景观，使用Smoluchowski方程。在较强的力量，展开过程可以被看作是一个扩散漂移远离原生状态，而在较弱的力量热激活是相关的机制。逃逸时间分析揭示了这种方法中的交叉从指数到逆高斯逃逸时间分布时，通过从弱到强的力量。此外，一个单一的表达式，有效的弱和强的力量，可以设计的平均展开时间以及相应的方差。该分析为ddFLN 4和泛素的最新实验结果提供了可能的解释。
2009-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Force unfolding kinetics of RNA using optical tweezers. I. Effects of experimental variables on measured results
实验变量的光镊仪器，影响RNA折叠/展开动力学进行了研究。一个模型RNA发夹，P5 ab，通过杂交RNA/DNA手柄连接到两个微米大小的珠子上;一个珠子被双光束激光捕获，另一个被微量移液管固定。在测量展开/重折叠动力学时改变了几个实验变量，包括手柄长度、陷阱刚度和施加于分子的力的模式。在恒定力模式下，施加到RNA的张力通过反馈控制保持不变，测得的速率系数变化在40%以内时，手柄长度改变了10倍（1.1至10.2 Kbp），他们增加了两到三倍时，陷阱刚度降低到三分之一（从0.1到0.035 pN/nm）。在被动模式中，没有反馈控制，并且其中施加到RNA的力响应于系链的端到端距离变化而变化，RNA在高力折叠状态和低力展开状态之间跳跃。在这种模式下，使用更长的手柄或更软的捕集器，速率增加到两倍。总体而言，在所研究的广泛条件下，测得的速率保持相同的数量级。在配套论文（1）中，我们分析了测量的动力学参数如何不同于RNA的固有分子速率，从而如何获得分子速率。
2007-07-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Out-of-equilibrium versus dynamical and thermodynamical transitions for a model protein
研究了一个非格点蛋白质模型的平衡态和非平衡态跃迁。特别是，进行机械展开的蛋白质的平衡动力学进行了研究，并通过使用的工作波动关系，系统的自由能景观进行评估。三个不同的结构转变被确定沿展开途径。此外，重建的自由能和势能曲线的内在结构形式主义，使我们能够把这些过渡与平衡的热转换相关的蛋白质折叠/展开直接对应。通过研究蛋白质结构在不同温度下的涨落，我们确定了与蛋白质的构型重排相关的动力学转变，这是热转变的前兆。
2009-12-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Unfolding cross-linkers as rheology regulators in F-actin networks
我们报告的非线性力学性能的统计均匀，各向同性的半柔性网络交联的聚合物含有许多小的展开域，如无处不在的F-肌动蛋白交联剂细丝蛋白。我们发现，包含这样的蛋白质有一个巨大的影响网络的大应变行为。超过应变阈值，这取决于网络密度，蛋白质结构域的展开导致体剪切软化。超过该临界应变，网络自发地组织自身，使得细丝蛋白交联剂的可观部分处于结构域解折叠的阈值。我们讨论通过一个简单的平均场模型的原因，这个网络组织，并建议它可能是在体外和细胞内微观流变学实验中观察到的幂律松弛的来源。我们提出的数据充分证明了我们的模型简化的网络架构。
2007-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Force Dependence of Proteins' Transition State Position and the Bell-Evans Model
单分子力谱技术为分子生物物理和生物化学的研究开辟了一个新的领域。对单个蛋白质的拉伸实验使我们能够以高的时间分辨率监测构象转变并测量其自由能景观。单个蛋白质的力-延伸曲线通常呈现出较大的滞后现象，其中展开力高于重折叠力。因此，在这些分子中的高能量的过渡态（TS）排除在平衡跳跃实验中的动力学速率测量。在不可逆的拉伸实验中，力依赖的动力学速率测量结果显示，由动力学Bell-Evans模型推导的折叠和展开TS距离的总和与由弹性模型预测的完整分子延伸之间存在系统性差异。在这里，我们表明，这种差异源于力引起的运动TS。具体来说，我们调查的高度动力学稳定的蛋白barnase，使用拉实验和Bell-Evans模型来表征其动力学势垒的位置。实验结果表明，虽然TS停留在一个大致恒定的距离相对于本机状态，它转移与力相对于展开状态。有趣的是，蛋白质延伸到氨基酸单位的转换表明，TS位置遵循Leffler-Hammond假设：力越高，相对于天然状态，解链氨基酸的数量越少。结果进行了比较与准可逆的去折叠折叠的短发夹DNA。
2021-11-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Force Unfolding Single RNAs: from Equilibrium to Far-from Equilibrium
本文综述了近年来RNA微操作实验的模拟研究进展。本工作主要参考了Bustamante小组进行的两个重要的小RNA去折叠实验。我们的结果表明，与蛋白质的情况下，使用单一的聚合物弹性理论和众所周知的RNA二级结构自由能的知识，我们可以连续模拟各种行为的力展开RNA在不同的实验设置从平衡到远离平衡。特别是，我们的模拟将有助于理解Jarzynski的显着的平等，其实验测试已受到相当大的关注。
2005-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Solvation Effects and Driving Forces for Protein Thermodynamic And Kinetic Cooperativity: How Adequate Is Native-Centric Topological Modeling?
什么样的能量和溶剂化效应的基础显着的两个国家的热力学和折叠/展开动力学的小单域蛋白质？为了解决这个问题，我们调查的折叠和展开的层次结构的连续Langevin动力学模型糜蛋白酶抑制剂2。我们发现，基于残基的添加剂戈恩一样的接触能，虽然本机为中心的，本身是不够的蛋白质类量热的两态协同。进一步的本地构象偏好的天然偏见是必要的蛋白质类热力学。然而，从动力学上讲，即使是同时具有接触和本地本机中心能量的模型也不会产生简单的两态人字形图。因此，模型蛋白质的热力学协同性对于简单的两态动力学是不够的。测试的模型似乎有增加的内部摩擦，增加本地的稳定性，导致人字形翻车，代表动力学，通常被称为非两个国家。这些模型的自由能分布被发现是敏感的选择原生接触和假定的接触相互作用的空间范围。出于明确的水的考虑，我们探讨了最近的治疗溶剂粒度，将去溶剂化自由能障碍到有效的隐式溶剂蛋白质内的相互作用。这一额外的特征相对于没有去溶剂化障碍的相应模型降低了折叠和解折叠速率，但动力学保持非双态。总之，我们的观察表明，
2002-12-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Force induced unfolding of bio-polymers in a cellular environment: A model study
通过模拟线性高分子链在渗流团簇上的运动，研究了蛋白质在细胞内展开过程中所经历的分子拥挤和限制效应。已知细胞的内部结构随时间变化，然而，它们不会从其初始结构显著变化。为了模拟这一点，我们引入了不同的无序实现之间的相关性。结果表明，在恒定力系综（CFE）和恒定距离系综（CDE）的相关无序的力扩展行为是显着不同的比在没有分子拥挤的情况下获得的。
2009-12-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Role of conformational entropy in force-induced bio-polymer unfolding
在恒力和定距系综下，建立了弱溶剂中柔性和半柔性高分子链的统计力学描述。我们预测在低温下存在许多由力稳定的中间态。在定距系综中得到了对拉、压力的统一响应。我们示出了随链长线性增加的交叉长度的签名。在此交叉长度以下，展开的临界力随温度降低，而在此交叉长度以上，展开的临界力随温度增加。对于刚性链，我们报告的第一次“锯齿”一样的行为，在力的延伸曲线已经看到较早的情况下，蛋白质展开。
2007-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer Principles of Protein Calorimetric Two-State Cooperativity
实验量热双态准则要求在折叠/展开转变中点附近的范特霍夫焓$ΔH_{\rm vH}$等于或非常接近于整个转变的量热焓$ΔH_{\rm cal}$。我们使用的分析模型与实验参数糜蛋白酶抑制剂2来阐明几个不同的范特霍夫光谱用于量热分析之间的关系。在合理的假设下，这些$ΔH_{\rm vH}$近似等于$ΔH_{\rm cal}$的含义是等价的：真实蛋白质中变性构象之间的焓变比以前一些晶格模型的估计要窄得多，这表明能量景观理论"折叠与玻璃化转变温度之比“$T_{\rm f}/T_{\rm g}$对真实的量热双态蛋白质可能超过6. 0。几个流行的三维晶格蛋白质模型，与不同数量的残基类型在他们的字母表，被发现达不到高实验标准的量热双态。一些模型假设一个多构象天然状态与大量的预变性能量波动远低于展开转变温度和/或预测一个显着的变性后连续构象膨胀的变性合奏温度远高于转变点。
2000-05-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Filamin cross-linked semiflexible networks: Fragility under strain
细胞骨架的半柔性F-肌动蛋白网络由多种蛋白质交联，包括细丝蛋白，其含有在施加张力下展开的Ig结构域。我们研究了一个简单的半柔性网络模型交联的展开连接器，捕获的主要机械功能的F-肌动蛋白网络交联细丝蛋白，并表明，在足够高的应变网络自发自组织，使一个可观的分数细丝蛋白交联的域展开的阈值。我们提出了一个解释这种组织的基础上的平均场模型，并建议一个定性的实验签名，这种类型的网络重组下应用的应变，可以观察到在细胞内微观流变学实验克罗克等人。
2006-02-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Reconstructing the free energy landscape of a mechanically unfolded model protein
非晶格模型蛋白质的平衡自由能景观作为内部（反应）坐标的函数，通过非平衡机械展开操作重建。这个任务是通过两个独立的方法完成的：通过采用扩展版本的Jarzynski等式（EJE）和蛋白质固有结构（IS）。在温度范围内的“折叠过渡”周围，我们发现通过EJE和IS方法获得的自由能之间有很好的定量协议。这表明这两种方法是一致的，并能够重现所研究的系统的平衡性质。此外，对于所研究的模型，由拉动引起的结构转变可以与折叠的物理方面有关。
2007-05-22 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Modeling force-induced bio-polymer unfolding
本文用一个简单的统计力学模型，研究了有和没有弯曲刚度的聚合物链在贫溶剂中的构象。这个模型可以精确地解决链的长度为N=55使用精确枚举技术。我们详细分析了在大而有限N的情况下，恒力系综和定距系综之间的差异。在低温下，并在恒定的力合奏，力-延伸曲线显示多个平台（中间状态），与突然过渡到一个扩展的状态占主导地位的$N \to \infty$限制。在恒定距离系综中，相同的曲线提供了对拉力和压缩力的统一响应，并且定性地与最近的实验结果一致。我们确定了一个与$N$成比例的交叉长度，低于该长度，解折叠的临界力随温度降低，而高于该长度，解折叠的临界力随温度增加。最后，刚性链的力-延伸曲线表现出“锯齿”状的行为，如在蛋白质展开实验中所观察到的。
2007-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Reconstructing the free energy landscape of a polyprotein by single-molecule experiments
利用原子力显微镜研究了由Ig27的8个结构域组成的工程蛋白的机械去折叠。利用涨落关系，作为分子伸长的函数的平衡自由能估计从拉伸实验。这样的自由能表现出规则的形状，其在零力下设定20 nm量级的典型展开长度。这个长度尺度原来是远大于动力学展开长度，也是通过分析动态载荷下的分子的典型断裂力估计。
2008-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Temperature- and Force-Induced beta-Sheet Unfolding in an Exactly Solvable Model
用二维晶格生物聚合物模型研究了$β$ -片状构象的稳定性及其向无规卷曲的转变。在低温和低外力下，聚合物在其自身上来回折叠并形成$β$ -片。我们的分析计算和蒙特卡罗模拟表明，一个合作的$β$ -片-随机线圈的转变发生时，温度或力的增加，在接触数急剧下降。这些预测与肌联蛋白的实验结果吻合得很好。这种转变不是一个真正的相变，表明骨架氢键单独不能稳定一个独特的$β$ -片相。
2002-03-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
