Impact of the protein composition on the structure and viscoelasticity of polymer-like gluten gels
我们研究了面筋聚合物样凝胶在水/乙醇，$50/50$ v/v，面筋蛋白的良好溶剂的二元混合物中的结构。谷蛋白包括两个主要的蛋白质家族，单体麦醇溶蛋白和聚合体麦醇溶蛋白。在半稀释状态下，散射实验突出了两类行为，类似于标准聚合物溶液和聚合物凝胶，这取决于蛋白质的组成。我们证明，这两类编码的蛋白质在非常稀的溶液中的结构特征，并与典型的大小几十纳米的蛋白质组件的存在。只有当蛋白质混合物充分富含谷蛋白时，组装体才存在。发现它们与凝胶中富含不可交换氢键的结构域的存在直接相关，并且其大小与蛋白质组装体的大小相当。由于它们独特的对比度，在中子散射实验中探测了这些域。我们发现，样品的粘弹性也直接相关的领域丰富的H-键的数量，显示的H-键在执政的聚合物面筋凝胶的粘弹性的关键作用。
2021-01-18 cond-mat.soft
Effective model of protein--mediated interactions in chromatin
本研究通过分子动力学模拟，提出一个有效模型描述染色质中蛋白质介导的相互作用，区分平衡与非平衡态，并揭示聚合物局部团块等新现象，有助于理解染色质结构机制。
2024-03-20 cond-mat.soft q-bio.BM
Directed motion emerging from two coupled random processes: Translocation of a chain through a membrane nanopore driven by binding proteins
我们调查易位的刚性聚合物组成的M单体通过纳米孔在膜中，在存在的结合颗粒（分子伴侣），结合到聚合物上，并部分地防止通过孔的聚合物的回滑。该过程的特征在于速率：k为聚合物通过孔进行扩散跳跃，q为分子伴侣的解结合，以及速率q kappa为结合（结合强度kappa）;除了无结合kappa=0的情况外，分子伴侣的存在产生驱动易位过程的有效力。基于一个（2+1）变量主方程，我们详细研究了结合蛋白的扩散移位和（部分）整流的耦合动力学。特别是，我们计算的平均易位时间作为各种物理参数的函数。
2005-08-21 cond-mat.soft q-bio.BM
Nucleation of the crystalline phase of proteins in the presence of semidilute non-adsorbing polymer
从相对于结晶相是亚稳态的蛋白质溶液开始，考虑添加半稀释的非吸附性聚合物的效果。发现蛋白质的化学势增加十分之几kT，这可能足以降低结晶相成核的屏障，足以允许结晶。它还表明，假设聚合物诱导成对添加剂的吸引力导致定性不正确的结果。
2001-02-14 cond-mat.soft q-bio
Colloid-polymer mixtures in the protein limit
我们计算了在“蛋白质极限”下的胶体-聚合物混合物的相分离行为和有效相互作用，其中聚合物的回转半径远大于胶体半径。对于理想的聚合物，临界胶体包装分数趋于零，而在良好的溶剂中的相互作用的聚合物的行为是由一个通用的双节点，这意味着一个恒定的临界胶体包装分数。在这两个系统中的耗尽相互作用是不能很好地描述的有效对电位，但需要纳入多体的贡献。
2002-10-23 cond-mat.soft q-bio
Protein-like dynamical transition of hydrated polymer chains
结合不同分辨率的弹性非相干中子散射实验和分子动力学模拟，我们报道了聚（N-异丙基丙烯酰胺）线性链中类似蛋白质的动力学跃迁的观测结果.我们确定了转变的起始温度为$T_d$约225 K。由于一种新的全球拟合程序，我们发现在所有温度和时间分辨率的测量和计算的聚合物均方位移之间的定量协议。我们的研究结果证实了在水环境中的大分子系统中的动态过渡的一般性，独立的内部聚合物拓扑结构。
2021-03-10 cond-mat.soft
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
Quinary lattice model of secondary structures of polymers
在晶格蛋白质的标准方法中，使用基于最近邻相互作用的模型。在这类模型中，很难解释蛋白质链的特殊优选构象--二级结构的存在。本文提出了一种新的基于非局部协同作用的蛋白质格点模型。在这个模型中，聚合物的构象能量等于长度为5的聚合物链的片段的构象能量之和。结果表明，这个五元晶格模型是能够描述在定性水平的蛋白质二级结构：对于这个模型的所有构象具有最小的能量是α-螺旋和β-链晶格模型的组合。此外，对于长度不超过38个单体的晶格聚合物，我们可以用最小的能量描述所有的构象。
2013-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Origin of Scaling Behavior of Protein Packing Density: A Sequential Monte Carlo Study of Compact Long Chain Polymers
单结构域蛋白被认为是紧密堆积的。由突变引起的空隙的引入通常被认为是不稳定的。在这项研究中，我们表明，包装密度为单域蛋白质链长度的下降。我们发现，回转半径提供的蛋白质包装差的描述，但我们在这里介绍的α接触数表征蛋白质。我们进一步证明了在非格点自回避行走中，可以观察到堆积密度和链长之间的蛋白质样标度关系。研究紧密链聚合物的一个关键问题是磨损问题：很难产生独立的紧密长自避免行走的样本。我们开发了一个算法的框架下的顺序蒙特卡罗和成功地产生人口的紧凑的长链离格聚合物的长度$N=2,000$。基于这些链聚合物的分析结果表明，保持高堆积密度是短链蛋白质的唯一特征。我们发现，蛋白质的堆积密度与链长的标度行为是无规聚合物满足松散紧性约束的一个普遍特征。我们的结论是，蛋白质没有优化的进化，以消除包装空隙。
2003-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Dynamic density functional theory of protein adsorption on polymer-coated nanoparticles
基于动态密度泛函理论（DDFT），提出了一个描述球形蛋白质在荷电核壳微凝胶颗粒上吸附动力学的理论模型。该模型建立在蛋白质吸附热力学的先前描述[Yigit \textit{et al}，Langmuir 28（2012）]的基础上，其显示出很好地解释了结合等温线的可用量热实验数据。在实践中，一个空间依赖的自由能功能，包括相同的物理相互作用的建立，并用于研究通过广义扩散方程的动力学。为了测试这个模型，我们将其应用到溶菌酶吸附在PNIPAM包覆的纳米粒子的案例研究，并表明DDFT内获得的动力学是一致的，从实验中推断。我们还进行了系统的研究，在我们的模型中的各种参数的影响，并调查作为蛋白质的价和疏水吸附能，以及它们的浓度和纳米粒子的函数的加载动力学。虽然我们集中在这里的情况下，吸附为一个单一的蛋白质类型，该模型的一般性允许研究多组分系统，提供了一个可靠的工具，为未来的研究竞争和合作的吸附效应经常遇到的蛋白质吸附实验。
2014-07-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
From polymers to proteins -- novel phases of short compact tubes
一个框架，了解蛋白质的共同特征。蛋白质是线性链分子。然而，将聚合物看作是拴在一起的球体的简单模型并不能解释蛋白质结构的许多观察到的特征。作者在这里表明，蛋白质可以被视为非零厚度的管。这种方法允许人们将传统的致密聚合物相与自然界用于容纳生物分子结构的新相桥接。任意厚度的管（或板）的连续描述需要使用适当选择的多体相互作用，而不是两体相互作用。作者认为，折叠蛋白质的结构是基于几何考虑选择的，并处于压缩的边缘，从而解释了它们的多功能性和灵活性。这种方法也解释了为什么螺旋和片层是蛋白质结构的基石。
2003-01-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Protein-Polymer Mixtures in the Colloid Limit: Aggregation, Sedimentation and Crystallization
虽然蛋白质被视为具有球对称相互作用的粒子，但实际情况要复杂得多。迈向更高复杂性的一个简单步骤是将蛋白质视为非球形颗粒，这就是我们在这里追求的方法。我们研究了增强型绿色荧光蛋白（eGFP）在加入非吸附性聚合物聚乙二醇（PEG）后的相行为。从小角度X射线散射，我们推断eGFP经历二聚化，并且我们将二聚体视为具有纵横比$L/D-1 = 1.05$的球形圆柱体。尽管复杂的性质的蛋白质，我们发现，相行为是类似的硬spherocylinders与理想的聚合物expletant，表现出聚集，并在一个小区域的相图，结晶。通过比较我们对聚集开始的测量与对硬胶体和理想聚合物的预测[S. V. Savenko和M. Dijkstra，J. Chem. Phys 124，234902（2006）和F. lo Verso等人，E73，061407（2006）]中，我们发现了良好的一致性，这表明eGFP蛋白与硬球柱和理想聚合物一致。
2021-06-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Universal criterion for designability of heteropolymers
蛋白质是能够在特定靶结构中自组装的杂聚物的一个例子。据我们所知，设计的人工杂聚物的自组装仍然不可能控制与天然蛋白质可以实现的单链自组装特性。与生物杂聚物相比，人工杂聚物缺乏什么，使后者具有如此多的功能？蛋白质骨架的几何形状是唯一可设计的特定选择吗？在这里，我们介绍了一个通用的标准来区分哪些聚合物主链可以设计成采用预定的结构。通过我们的方法，我们可以探索不同的聚合物主链和不同的氨基酸字母表。通过比较径向分布函数的可设计和不可设计的情况下，我们确定的可设计性标准的存在下，一个特定的峰的径向分布函数，占主导地位的杂聚物的随机堆积。我们表明，峰是所有可设计的杂聚物的一个普遍特征，因为它也是天然蛋白质的径向分布函数的主导。我们的发现可以帮助理解使蛋白质成为高度可设计系统的关键特征。我们提出的标准可以应用于设计新型的自组装模块化聚合物，这将为聚合物基材料科学开辟新的应用。
2016-06-16 cond-mat.soft q-bio.BM
Unraveling the beautiful complexity of simple lattice model polymers and proteins using Wang-Landau sampling
我们描述了一类“裸骨”模型的均聚物进行线圈小球崩溃和蛋白质折叠成其天然状态在自由空间或到变性状态时，被捕获的有吸引力的基板温度降低。然后，我们将展示如何使用一个适当选择的审判移动设置，王朗道蒙特卡罗采样可以用来研究这些有趣的简单系统的粗糙的自由能景观和地面（本地）状态，从而阐明其热力学的复杂性。
2013-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Flipping Out: Role of Arginine in Hydrophobic Interactions and Biological Formulation Design
本研究通过疏水聚合物解耦疏水效应，发现精氨酸在低浓度下通过侧链主导的直接机制稳定聚合物塌缩，在高浓度下通过骨架主导的间接机制稳定塌缩，添加部分电荷则破坏塌缩，揭示了精氨酸在生物制剂设计中的模块化特性。
2024-06-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Simulating the chromatin mediated phase separation of model proteins with multiple domains
我们进行模拟的系统包含简单的模型蛋白质和一个聚合物代表染色质。我们研究了蛋白质-蛋白质和蛋白质-染色质相互作用之间的相互作用，以及由于液-液相分离或通过“桥接诱导吸引”机制而产生的冷凝物。对于多价相互作用的蛋白质，我们得到了一个相图，其中包括液体状液滴，液滴与吸收的聚合物，和涂层聚合物制度。特别令人感兴趣的是蛋白质液滴仅由于与聚合物的相互作用而形成的方案;在这里，与标准相分离系统不同，液滴密度而不是尺寸随着总蛋白质浓度而变化。我们还观察到液滴内的蛋白质动力学随着染色质被吸收而减慢。如果蛋白质-蛋白质相互作用具有严格限制的化合价，则观察到分形或凝胶状缩合物。总之，这为活细胞中蛋白质-染色质凝聚物的性质提供了生物学相关的见解。
2021-07-30 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
DNA-Protein Binding Rates: Bending Fluctuation and Hydrodynamic Coupling Effects
我们研究扩散粒子和半柔性聚合物上的靶位点之间的扩散限制反应，这是决定DNA-蛋白质结合和细胞骨架丝聚合动力学的关键因素。我们的理论集中在两个竞争的影响：聚合物的形状波动，这加快协会，和扩散颗粒和链之间的流体动力学耦合，这减慢协会。聚合物弯曲波动使用平均场动力学理论，而聚合物和颗粒之间的流体动力学耦合是通过一个简单的启发式近似。这两个我们验证通过比较与布朗动力学模拟。这两种效应都没有得到充分考虑之前在生物物理方面，我们表明，他们是必要的，以形成准确的估计反应过程。缔合速率取决于聚合物的刚度和颗粒尺寸，表现出最大的中间持久长度和最小的中间颗粒半径。在与DNA-蛋白质结合相关的参数范围内，与简单质心运动的Smoluchowski结果相比，速率增加高达100%。理论所作的定量预测可以通过实验来检验。
2010-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Tailoring the viscoelasticity of polymer gels of gluten proteins through solvent quality
我们调查的线性粘弹性的聚合物凝胶的面筋蛋白质在水中的分散体：乙醇二元混合物与各种乙醇含量，从纯水到60%v/v乙醇。我们发现，复杂的粘弹性的凝胶表现出时间/溶剂组合物的叠加原理，表明在不同的二元溶剂中产生的凝胶的自相似性。所有的凝胶可以被视为近临界凝胶的特征流变参数，弹性平台和特征弛豫时间，这是相互关联的，作为自相似性的结果，并跨越几个数量级时，改变溶剂的组成。由于量热法和中子散射实验，我们evidencea共溶效果与更好的溶解的复杂的聚合物样的面筋蛋白质链的乙醇的量增加。总的来说，凝胶的粘弹性可以通过表征超分子网络的交联密度的独特特征长度来解释，该特征长度是溶剂组成依赖的。在分子水平上，这些发现可以被解释为超分子相互作用，主要是H-键，从链内到链间的过渡，这将通过乙醇分子破坏疏水相互作用来促进。这项工作提供了新的见解定制复杂的聚合物凝胶的凝胶化过程。
2020-10-20 cond-mat.soft
Curvature of the energy landscape and folding of model proteins
我们研究的几何性质的能量景观的粗粒度，非晶格模型的聚合物通过赋予配置空间与一个合适的度量，根据势能函数，这样的动力学轨迹是测地线的度量。使用数值模拟，我们表明，曲率的波动清楚地标志着折叠过渡，并且这个量允许区分具有蛋白质样行为的聚合物（即，折叠成独特构型）和经历疏水性塌陷但不具有折叠转变的聚合物。这些几何性质由势能定义，而不需要任何关于原生构型的先验知识。
2006-10-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Convective Depletion During The Fast Propagation Of A Nanosphere Through A Polymer Solution
建立了纳米球在半稀释聚合物溶液中快速运动时的非线性对流损耗理论。对于纳米球，劳斯近似中的自洽场论通常是合理的。对流耗尽方程的自相似解被认为在高速下是可行的。分析了粒子运动前薄边界层的性质。对流损耗的一个例子是当带电荷的蛋白质在高电场的影响下移动通过半稀释聚合物时。蛋白质的速度与磁场的五次方成正比。该理论可用于解释微芯片电泳分离蛋白质混合物。
2003-12-09 cond-mat.soft
Optimized Wang-Landau sampling of lattice polymers: Ground state search and folding thermodynamics of HP model proteins
粗粒度（格）模型在帮助破译蛋白质的物理或生物复杂性方面有着悠久的传统。尽管这些模型很简单，但是数值模拟通常在计算上要求很高，并且对有效算法的追求与模型本身一样古老。在前人工作的基础上进行了扩展[T. Wüst和D. P. Landau，《物理评论快报》102，178101（2009）]，我们提出了基于Wang-Landau采样结合有效的试验移动（拉动、键重桥接和枢轴移动）的Monte Carlo方法的完整图片，其特别适合于研究诸如蛋白质折叠的疏水极性（HP）晶格模型的模型。通过这种通用且全盲的蒙特卡罗程序，可以找到最困难的基准HP序列的所有当前已知的推定基态。对于大多数序列，我们还可以确定状态的整个能量密度，并与适当设计的结构观察值一起，探索热力学和复杂的折叠行为在几乎难以接近的低温区域。我们分析了随机和蛋白质类杂聚物之间的差异，序列长度高达500个残基。我们的方法是强大的鲁棒性和速度方面，但灵活和简单，足以研究蛋白质折叠的许多相关问题。
2012-07-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Minimalist design of polymer-oligopeptide hybrid as intrinsically disordered protein-mimicking scaffold for artificial membraneless organelle
液-液相分离（LLPS）是一种新兴的和普遍的细胞内生物分子组织的机制，特别是通过形成无膜细胞器（MO）。内含子无序蛋白（IDP）是MO的主要成分，其中多价相互作用和低复杂性结构域（LCD）驱动LLPS。使用来自LCD的短寡肽作为“贴纸”和葡聚糖主链作为“间隔物”，我们设计了聚合物-寡肽杂交体来模拟由“贴纸和间隔物”模型表示的多价FUS蛋白。我们证明，混合物进行LLPS和自组装成微米大小的（主要是1-10微米，类似LLPS在体外和活细胞）隔间显示液体样的性能。此外，形成的液滴能够募集蛋白质和RNA，同时为增强的生化反应提供有利的环境，从而模拟天然MO的功能。我们设想这个简单而通用的模型系统将有助于阐明MO形成中涉及的分子相互作用，并为新型仿生材料铺平道路。
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Surface tensiometry of phase separated protein and polymer droplets by the sessile drop method
相分离的大分子在许多生物和合成系统中起着重要的作用。这些系统的物理表征可能是具有挑战性的，因为有限的样品体积，特别是对于相分离的蛋白质。在这里，我们证明了一个经典的方法，用于测量液滴的表面张力，基于一个固着液滴的形状的分析，可以有效地缩小这个应用程序。液滴形状和表面张力之间的联系依赖于液滴与其周围环境之间的密度差。这可以通过测量液滴沉降速度在相同设置中用小样品体积来确定。ESI中包含用于从液滴图像中提取毛细管长度的交互式MATLAB脚本。
2020-07-27 cond-mat.soft
Polymer uncrossing and knotting in protein folding, and their role in minimal folding pathways
我们介绍了一种方法，用于计算在何种程度上链非交叉是重要的最有效的，最佳的轨迹或途径的蛋白质折叠。这涉及记录幽灵链的所有非物理交叉事件，并计算避免此类事件所需的最小非交叉成本。应用深度优先树搜索算法来找到折叠$α$、$β$、$α/β$和打结蛋白质的最小变换。在所有情况下，额外的非交叉/非交叉距离是幽灵链行进的总距离的一小部分。不同的结构类可以区分额外的不交叉距离的量，这种歧视的有效性进行了比较与其他序参数。可以看出，非交叉距离超过链长提供了结构和动力学类别之间的最佳区分。非交叉距离与链长的缩放意味着一个不可避免的交叉缠结为主的折叠机制足够长的链。我们进一步量化的最小折叠路径，通过收集的序列的uncrossing移动，这通常涉及腿，环，肘样uncrossing移动，并呈现这些移动的集合在展开的合奏作为一个多变换“对齐”。构建了共有最小途径，并示意性地显示了$α$、$β$和打结蛋白的代表性情况。重叠参数之间的途径定义，我们发现，$α$蛋白具有最小的重叠，表明不同的折叠途径，打结的蛋白质是高度约束，以遵循一个占主导地位的途径，和$β$蛋白介于两者之间。因此，我们已经展示了拓扑链约束如何在蛋白质折叠中诱导显性途径机制。
2012-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
When does TMAO fold a polymer chain and urea unfold it?
通过研究渗透剂N-氧化三甲胺（TMAO）和变性渗透剂尿素对不带电荷的聚合物链的折叠的影响，解决了长期存在的关于保护渗透剂N-氧化三甲胺（TMAO）和变性渗透剂尿素对蛋白质折叠的作用的机理问题。使用原子分子动力学模拟，我们表明，1-M TMAO和7-M尿素溶液对这些模型聚合物链的作用显着不同。它们的行为对链与其环境的吸引力分散相互作用的强度敏感：当这些分散相互作用足够高时，与水相比，TMAO抑制疏水性聚合物的扩展构象的形成，而脲促进扩展构象的形成。类似的趋势在真实的蛋白质系统上也有实验观察。令人惊讶的是，我们发现，保护和变性渗透剂强烈相互作用的聚合物，似乎在与现有的解释的渗透剂对蛋白质的影响。我们表明，真正重要的是保护渗透剂是其有效的耗尽作为聚合物构象的变化，这导致在优先结合系数的负变化。对于TMAO，有一个更有利的自由能插入一个单一的渗透剂附近的聚合物的塌陷构象比附近的扩展构象。相比之下，尿素优先稳定在延伸构象旁边，因此具有变性作用。
2013-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Cold and Warm Denaturation of Hydrophobic Polymers
我们介绍了一种聚合物模型，从溶胀到紧凑的配置的过渡是由于单体和溶剂之间的相互作用。这些相互作用是蛋白质中疏水氨基酸之间有效吸引相互作用的起源。我们发现，在低温和高温阶段的聚合物溶胀，并有一个中间阶段，最有利的配置是紧凑的。我们认为，这样一个模型捕捉在一个单一的框架，无论是冷和热变性实验检测到的蛋白质。讨论了蛋白质折叠的一些结果。
1999-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Interaction of surfactant and protein at the o/w interface and its effect on colloidal and biological properties of polymeric nanocarriers
本文综述复乳溶剂蒸发法中聚合物基表面活性剂的作用，阐明其加入方案如何影响负载生物分子的聚合物纳米颗粒的稳定性、尺寸、免疫识别及生物活性。
2024-01-18 cond-mat.soft physics.app-ph
Reaching to a small target: entropic barriers and rates of specific binding of polymer to substrate
本文考虑了一个广泛的生物学相关的问题，一个链（如蛋白质）结合到一个序列的受体与匹配的多个配体分布沿链。这种结合在细胞粘附事件和蛋白质自组装中至关重要。使用平均场近似的聚合物动力学，我们首先计算的特征结合时间的拴系的配体达到一个特定的结合位点的表面上。这个时间是由两个独立的熵效应：一个熵的障碍链被拉伸到足以达到遥远的目标，并在表面附近的链构象的限制。然后，我们推导出一个序列的单一绑定事件的特征时间，并发现它是由“拉链效应”，优化的序列的单一和多个绑定步骤。
2017-11-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Geometry of compact tubes and protein structures
蛋白质是一类非常重要的聚合物。尽管对聚合物科学的理解取得了重大进展，但蛋白质问题在很大程度上仍未解决。在这里，我们表明，被视为一个管的聚合物链不仅捕捉聚合物及其相的众所周知的特性，但也提供了一个自然的解释蛋白质行为的许多关键特征。有两个自然的长度尺度与受到压缩的管有关-管的厚度和吸引力相互作用的范围。对于短管，当这些长度尺度变得相当时，人们获得边缘紧凑的结构，其与聚合物的一般紧凑相中的那些相比在数量上相对较少。与这个新阶段的结构相关的基序包括螺旋、发夹和片。我们认为，自然界选择了这个阶段的蛋白质结构，因为它的许多优点，包括少数候选结构，从疏水核心中挤出水的能力，以及与边缘紧凑相关的灵活性和多功能性。我们的研究结果为理解所有蛋白质的共同特征提供了一个框架。
2002-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Active Extensile Hydrogels Actuated by Living Polymers of the Bacterial Cytokinetic Protein FtsZ
本研究提出由FtsZ活体聚合物驱动的可伸展生物杂化水凝胶，通过内部踏车结构产生伸展应力，实现可逆软化和流态化，并建立负机械介电常数新范式，为自适应软材料设计开辟新途径。
2025-08-06 cond-mat.soft
Electric-field-driven polymer entry into asymmetric nanoscale channels
从理论上和分子动力学模拟研究了电场驱动下柔性带电聚合物如单链DNA（ssDNA）进入不对称纳米通道如α-溶血素蛋白质通道的过程.自由能垒的高度对聚合物的长度，所施加的电场的强度和通道入口的几何形状的依赖关系进行了研究。结果表明，驱动场对聚合物的压缩效应和聚合物进入通道前的横向限制对势垒高度及其对系统参数的依赖性有着至关重要的影响。还讨论了聚合物通过通道的尝试频率。我们的理论和模拟结果相互支持，并合理地描述了通过α-溶血素蛋白质通道的聚合物易位实验的相关数据集。
2012-02-25 cond-mat.soft
Actin, a model semi-flexible polymer
肌动蛋白是一种具有许多显着性质的蛋白质，使其成为研究半柔性聚合物溶液和凝胶的动力学和力学的理想系统;肌动蛋白具有超过10微米的持久长度，并且可以延伸到几十微米的长度，这允许使用视频显微镜和其他光学方法研究聚合物动力学。存在许多相关蛋白质，其可用于调节长度或交联细丝。我们讨论这些解决方案的动力学和流变学。
1997-04-07 cond-mat.soft q-bio
Protein Collapse is Encoded in the Folded State Architecture
自组装形成球状结构的天然蛋白质序列是紧凑的，在折叠状态下具有高堆积密度。已知蛋白质在加入变性剂后展开，采用无规卷曲结构。在折叠和未折叠状态下，回转半径对蛋白质大小的依赖性遵循与合成聚合物相同的标度律。因此，人们可能会推测，蛋白质和聚合物的崩溃机制应该是相似的。然而，由于单结构域蛋白质中的氨基酸的数量不明显超过大约200个，因此在有利于折叠状态的条件下，蛋白质的未折叠状态是否是紧凑的还没有得到解决--这是蛋白质如何折叠的核心问题。通过采用一种用于推导聚合物标度定律的理论，我们发现蛋白质的未折叠状态是紧凑的倾向是普遍的，并且编码在折叠状态的接触图中。值得注意的是，对超过2000种蛋白质的分析表明，富含$β$ -折叠的蛋白质比$α$ -螺旋蛋白质具有更大的紧凑倾向。该理论为单结构域蛋白质的小尺寸和多结构域蛋白质的起源提供了物理基础。对非编码RNA分子的应用表明，它们已经进化到与$β$ -折叠蛋白共享相似性的折叠。我们的理论的一个含义是，自然的可折叠序列的演变是由有效的折叠，他们应该填充折叠条件下的最低能量紧凑状态的要求。这一概念也支持了压缩选择假说，该假说用于解释病毒RNA分子的异常凝聚状态。
2016-12-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A Parallel Trajectory Swapping Wang - Landau Study Of The HP Protein Model
采用基于Wang-Landau抽样的并行Monte Carlo方法研究了自由介质中蛋白质折叠的HP模型。在Wust和Landau工作的基础上，通过引入一个不太为人所知的在单个Wang-Landau采样器之间的副本交换方案，避免了动态捕获（态密度尖峰）的问题，并提高了穿越位形空间的效率。突出动态捕获作为一个问题，晶格聚合物模拟增加的长度是明确在这里做的第一次。1/t方案也集成在这种复杂的蒙特卡罗方法中。开发了一个试验移动集，其中包括拉动，键重新桥接，枢轴，扭结翻转和一个新发明和实施的片段随机行走移动，允许快速探索高，低温配置。进行天然状态搜索，导致获得2D 50（-21）、2D 60（-36）和2D 64（-42）的基准序列的天然状态，同时获得接近2D 85（-52 NATIVE= -53）、2D 100 a（-47 NATIVE= -48）和2D 100 b（-49 NATIVE=-50）的天然状态的最小能量。热力学观测量，如比热，内能，熵和自由能计算的2D基准序列在不同的温度和折叠和展开行为进行了研究。具有单体疏水结构的晶格聚合物也以同样的方式进行了研究，记录了最小能量值和热力学行为。基准序列和晶格聚合物的本地结果进行了比较，不同的计算方法。
2016-07-12 cond-mat.soft 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
Serum protein resistant behavior of multisite-bound poly(ethylene glycol) chains onto iron oxide surfaces
最近的调查表明，临床上实际使用的基于纳米颗粒的制剂数量明显低于十年前的预期。其中一个原因是纳米颗粒的物理化学性质不足以处理生物环境的复杂性和防止非特异性蛋白质吸附。在这项研究中，我们解决了血浆蛋白与聚合物涂层表面的相互作用的问题。为此，我们使用非共价接枝方法来官能化氧化铁亚10 nm纳米颗粒和氧化铁平面基底，并比较它们的蛋白质响应。功能化共聚物由交替的聚（乙二醇）（PEG）链和膦酸接枝在同一个主链上。使用具有耗散的石英晶体微天平来监测聚合物吸附动力学并评价对蛋白质吸附的抗性。在平坦的基底上，官能化的PEG共聚物吸附并形成中等或高度拉伸状态的刷，密度在0.15和1.5 nm-2之间。使用膦酸作为连接剂的PEG层表现出优异的蛋白质抗性。相比之下，用羧酸作为接枝剂制备的层表现出减轻的蛋白质响应和层破坏。本研究建立了PEG包被颗粒在生物流体中的长期稳定性与用相同聚合物包被的表面的蛋白质抗性之间的相关性。
2017-02-25 cond-mat.soft
Spatially Resolved Nucleated Polymerization: A Free-Boundary Model of Protein Aggregation in Concentrated Solutions
Examorphic, Inc.（Examorphic公司）
该研究提出一个自由边界模型，将蛋白质聚集的空间组织纳入动力学，通过水平集和通量条件描述生长与凝聚，计算碰撞效率，并在多体模拟中验证了聚集速率增强。
2026-09-24 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Tunneling dynamics of side chains and defects in proteins, polymer glasses, and OH-doped network glasses
在Lennard-Jones计算机玻璃上进行模拟，以研究低温下玻璃中的缺陷所产生的影响。数值分析表明，已经低浓度的缺陷可能会显着改变的低温性能，引起外在的双阱电位（DWP的）。这些非本征DWP的主要特征是（i）高势垒高度，（ii）高概率的缺陷确实与非本征DWP连接，（iii）高度本地化的动力学围绕这个缺陷，和（iv）较小的变形势耦合到声子。设计一个扩展的标准隧道模型（STM）参数化这张照片和比较与超声实验的湿网络$a$ O $_3$表明，OH-杂质的影响是准确的。然后将该模型应用于有机聚合物玻璃和蛋白质。有人建议，侧基可能会像掺杂杂质一样起作用，因为外在DWP的诱导，它具有一个分布的障碍，峰值周围的高势垒高度。这与内在DWP的，这是与骨干动力学的无结构分布的势垒高度相比。结果表明，这一图像是一致的聚合物的弹性测量，并可以解释异常的非对数线加宽最近在PMMA烧孔实验中观察到的。
1997-08-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Forced desorption of semiflexible polymers, adsorbed and driven by molecular motors
我们制定和表征的模型来描述半柔性聚合物的动力学活动的存在下，由于电机蛋白附着不可逆的基板，和横向拉力作用在一端的细丝。马达蛋白的随机结合-解结合及其沿聚合物移动的能力产生主动力。当拉力达到阈值时，聚合物最终从基底上解吸。进行分子动力学模拟的聚合物中存在的朗之万热浴，和随机电机活动，我们得到的解吸相图。解吸馏分的波动的相关时间增加，接近完全解吸，定量捕获的幂律谱密度。我们目前的相图的理论分析，使用平均场近似在弱弯曲极限的聚合物和进行线性稳定性分析。这预测的解吸力与聚合物的抗弯刚度，主动速度和马达蛋白的持续合成能力的增加，以捕捉模拟结果的主要特征。
2015-10-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
Competition for hydrogen bond formation in the helix-coil transition and protein folding
生物聚合物在明确的溶剂，如水，氢键与溶剂的能力的螺旋线圈过渡的问题是解决分析使用适当修改的版本的广义模型的多肽链。在较低温度下，除了常规的螺旋-螺旋转变外，还发现了额外的螺旋-螺旋或凹入转变。由于聚合物-聚合物和聚合物-水氢键之间的竞争，产生了凹入转变。两种类型的氢键之间的平衡可以通过温度的变化，也可以通过压力，机械力，渗透应力或其他外部影响而向任何一个方向移动。多肽和多核苷酸都被认为是在一个统一的形式主义。我们的方法提供了一个解释的实验困难的观察与压力的折返过渡，并强调了DNA的研究拉实验的优势。结果进行了讨论，并与最近的一些出版物中所报道的一个显着的协议水平进行了比较。
2011-03-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Free energy approximations in simple lattice proteins
这项工作解决的问题，是否有可能定义简单的成对相互作用项近似的蛋白质或聚合物的自由能。与其问平均力的势有多可靠，不如问它可能有多可靠。在二维无限晶格模型系统中，可以通过穷举法计算精确的自由能。一系列的近似拟合精确的结果，以评估成对自由能项的可行性和实用性。用成对相互作用近似真实自由能给出了一个差的拟合，不同大小的系统之间的可转移性很小。在近似值中添加额外的人工项会产生更好的拟合，但不会提高从一个系统大小到另一个系统大小的概括能力。此外，不能区分折叠从非折叠序列通过近似的自由能。最有用的是，该方法显示了如何评估晶格蛋白质/聚合物模型中各种术语的效用。
2000-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Topologically Directed Simulations Reveal the Impact of Geometric Constraints on Knotted Proteins
针对聚合物或丝状结构打结/解结模拟依赖随机过程的问题，提出拓扑引导方法确定最优路径，应用于切向球链模型并施加蛋白质几何约束，发现约束会增加扭结频率，揭示其对打结蛋白质的影响。
2025-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math.GT
Thermoresponsivity of poly(N-isopropylacrylamide) microgels in water-trehalose solution and its relation to protein behavior
假设：添加剂通常用于调节大分子构象转变。在添加剂中，海藻糖是一种优异的生物保护剂，在响应性聚合物中，PNIPAM是研究最多的材料。然而，到目前为止，它们的相互作用机制只是暗示，没有直接的调查，而且，至关重要的是，从来没有阐明与蛋白质相比。详细的见解将有助于了解PNIPAM微凝胶在多大程度上可以有效地用作合成仿生材料，以在胶体尺度上再现和研究分离的蛋白质行为及其对与特定共溶剂或共溶质相互作用的敏感性。实验：采用动态光散射法研究海藻糖对PNIPAM微凝胶溶胀行为的影响;采用拉曼光谱法和分子动力学模拟从分子尺度上探讨溶胀-去溶胀转变过程中溶剂化和动力学的变化。调查结果：强水合海藻糖分子与PNIPAM微凝胶形成水介导的相互作用，从而在过渡区以下和以上保持聚合物水合，同时显著抑制聚合物及其水合壳的局部运动。我们的研究，第一次，表明，减缓动力学和优先排斥的主要机制，海藻糖的PNIPAM微凝胶的效果，在不一致的优先吸附醇，但在海藻糖蛋白质系统中观察到的行为完全类似。
2022-02-20 cond-mat.soft
Surfactancy in a tadpole model of proteins
我们模拟真核细胞核的环境表示大分子，只有他们的熵的性质，与球状分子表示的球形胶体和灵活的分子的聚合物。我们特别关注具有球状和内在无序区域的蛋白质，我们用通过将单个聚合物和胶体接枝在一起而构建的“蝌蚪”来表示。在蒙特卡罗模拟中，我们发现这些蝌蚪支持通过耗尽絮凝相分离，并展示了几种表面活性剂的行为，包括被发现优先在界面和形成胶束在单相溶液。此外，可以调整模型参数，以使蝌蚪对任一体相都有偏好。然而，我们发现熵太弱，无法在可能的生物浓度下驱动这些行为。
2022-10-26 cond-mat.soft
Morphological Control of Grafted Polymer Films by Nanoparticle Binding
在许多纳米技术应用和生物系统中会遇到纳米颗粒和聚合物样物体的混合物。我们研究的行为接枝聚合物层的纳米粒子被吸引到聚合物使用基于格子气的平均场论和伴随的粗粒度布朗动力学模拟装饰。我们发现，纳米粒子的存在下，可以诱导大的层形态的形态转变。特别是，在中等纳米颗粒浓度下，纳米颗粒导致接枝表面上方聚合物层的高度降低，这通过新型一级相变发生，以使聚合物和纳米颗粒之间具有足够强的吸引力，而对于弱吸引力则平稳。该理论的预测定性同意所观察到的行为嫁接天然未折叠的蛋白质链结合蛋白质。结果还通知设计纳米聚合物层形态的方式。
2011-10-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Generic Unfolding of a Biomimetic Polymer during Force Spectroscopy
借助力谱，一些分析理论的目的是估计各种蛋白质的折叠速率系数。然而，一个主要的瓶颈在于这样一个事实，即仍然没有完美的共识，一个力通常是如何扰动晶体线圈过渡。因此，我们的工作的目标是在澄清力谱大多数蛋白质的一般行为;换句话说，什么一般签名做一个任意的蛋白质表现出其速率系数作为一个函数的作用力？通过在分子模拟中采用仿生聚合物，我们专注于评估其各自的展开活化能，同时拉动其各种单体对。最重要的是，我们发现，在附近的无力的情况下，这个激活能具有一个负的斜率和一个负的曲率作为所施加的力的函数。我们的工作与最近的展开理论一致，这表明大多数蛋白质都有这样的特征，因此，我们进一步重申，许多经典公式，估计晶体-线圈转变的速率系数，是不够的。此外，我们还在这里提出了一个分析表达式，实验学家可以用来近似的激活能展开;重要的是，它是基于测量的平均值和方差的距离之间的珠被拉。总之，我们的工作为力谱中的蛋白质折叠提供了一个有趣的视角。
2020-04-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
Hydrophobicity and Unique Folding of Selected Polymers
在合适的环境中，蛋白质、核酸和某些合成聚合物折叠成独特的构象。这项工作表明，它是可能的，以构建晶格模型的可折叠的杂聚物表示的能量仅在单体的个别属性，如暴露于溶剂和空间因子。
1998-01-05 cond-mat.soft q-bio
Random walks in the space of conformations of toy proteins
晶格48单体玩具蛋白质的蒙特卡罗动力学被解释为一个抽象的（离散的）构象空间中的随机行走。为了测试这个空间的几何形状，我们检查返回概率$P(T)$，这是在$T$蒙特卡罗步骤之后找到处于天然状态的聚合物的概率，前提是它在初始时刻从天然状态开始。比较计算数据与理论表达式为$P(T)$随机游动在各种不同的空间，我们表明，构象空间的聚合物环可能有非平凡的尺寸，并表现出负曲率特征的罗巴切夫斯基（双曲）几何。
1999-05-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft q-bio
Modeling hydration water and its role in polymer folding
疏水效应是驱使蛋白质趋向其天然状态的主导力量，但其物理机制尚未被完全理解。我们介绍了一个完全可解模型的非极性分子在水中的溶剂化，这表明，当溶质存在时，水分子的允许配置的数量减少，足以引起疏水行为。我们将我们的模型应用于水溶液中的非极性均聚物，获得了“冷”和“暖”塌陷转变的明确证据，这些证据可以回忆起蛋白质。最后，我们展示了如何该模型可以适用于描述芳香族和极性分子的溶剂化。
2002-01-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sequential Monte Carlo Methods for Protein Folding
我们描述了一类增长算法寻找低能态的杂聚物。这些聚合物形成了蛋白质的玩具模型，希望类似的方法最终能用于从启发式或先验确定的力场中找到真实蛋白质的天然状态。这些算法与标准的马尔可夫链蒙特卡罗方法共享，它们生成吉布斯-玻尔兹曼分布，但它们不是基于这样的策略，即该分布是作为适当构造的马尔可夫链的稳态获得的。相反，它们是基于通过连续添加单个粒子来生长聚合物，引导生长朝向具有较低能量的配置，并使用“群体控制”来消除不良配置并增加“良好配置”的数量。这不是通过遗传算法中的广度优先实现，而是通过递归回溯进行深度优先。从各种基准测试中可以看出，所得到的算法对于格模型是非常有效的，并且对于简单的非格模型仍然具有与其他方法竞争的能力。
2004-08-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Knots are Generic Stable Phases in Semiflexible Polymers
半柔性聚合物模型被广泛用作理解生物分子中的结构相的范例，包括蛋白质的折叠。由于稳定结在真实蛋白质中并不常见，因此半柔性聚合物中稳定结的存在还没有被探索太多。在这里，通过广泛的副本交换蒙特卡罗模拟，我们调查相同的珠棒和珠弹簧均聚物模型，涵盖了整个范围从灵活到僵硬。我们建立的事实是，在相图中的稳定的打结相的存在是依赖于比例$r_b/r_{\rm{min}}$，其中$r_b$是平衡键长和$r_{\rm{min}}$是最强的非键合接触的距离。我们的研究结果为两种模型提供了证据，即如果比率$r_b/r_{\rm{min}}$在一个小窗口之外，则取决于弯曲刚度，在低温下总是遇到稳定的打结相以及通常的冻结和类似的结构。这些发现促使我们得出结论，结是半柔性聚合物中的通用稳定相。
2021-03-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Lattice model for cold and warm swelling of polymers in water
我们定义了一个晶格模型的聚合物与水的相互作用。我们以适当的近似解出模型。在非极性均聚物的情况下，对于合理的参数值，发现聚合物在低温下呈非致密构象;随着温度的升高，存在朝向致密状态的急剧转变，然后，在较高温度下，聚合物再次溶胀。这种行为让人想起了蛋白质，它们在低温和高温下都是展开的。
1999-12-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unexpected scenario of glass transition in polymer globules: an exactly enumerable model
本文介绍了一种高分子小球玻璃化转变的晶格模型。该模型表现出一种新的情况下，遍历性打破相空间的不相交区域不均匀出现，但作为小腔室，其数量随聚合物密度呈指数增加。腔室尺寸服从幂律分布，使得相空间类似于分形泡沫。这清楚地表明了相空间几何和拓扑在描述任何玻璃形成系统中的重要性，例如在蛋白质折叠期间的半致密聚合物。
1999-05-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
