Consistent treatment of hydrophobicity in protein lattice models accounts for cold denaturation
疏水效应通过形成疏水核心最小化疏水残基与水之间的不利相互作用来稳定蛋白质的天然结构。在这里，我们包括熵和疏水效应的贡献明确在一个隐式溶剂模型。这使我们能够捕捉到两个重要的影响：长度尺度的依赖性和温度依赖性的溶剂化的疏水颗粒。疏水效应的这种一致处理解释了溶剂化蛋白质的冷变性和热容量测量。
2015-11-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Protein folding as a jamming transition
本研究提出一个几何全原子模型，将蛋白质折叠解释为疏水相互作用驱动的堵塞相变，核心堆积分数临界值为0.55，并能从部分解折叠状态重构天然结构。
2024-05-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Reduction to the Simplest - The Complexity of Minimalistic Heteropolymer Models
简单的粗粒度的疏水极性模型的杂聚物的晶格HP和非晶格AB模型允许一个一般的分类的特征行为的疏水核心为基础的三级折叠。强烈减少的计算工作，使之能够系统地揭示在较宽的温度范围内的构象活动的相对较长的序列的热力学性质。基于一个合适的协同性参数，特征折叠通道和自由能景观，具有很强的相似性，与现实的折叠路径，可以分析。
2007-10-23 cond-mat.soft physics.bio-ph
Protein Unfolding and Aggregation near a Hydrophobic Interface
蛋白质在界面附近的行为与生物学和医学目的有关。先前的大量结果表明，当蛋白质浓度增加时，蛋白质展开，并且在更高的浓度下聚集。在这里，我们研究了疏水表面的存在如何影响这一过程的事件。为此，我们使用粗粒度的蛋白质模型，并通过改变温度和疏水强度等参数来模拟它们在水性环境中理想疏水表面附近的折叠和聚集，相关的，例如，离子浓度。我们表明疏水性表面以及其他参数都会影响蛋白质的解折叠和聚集。我们讨论了这些结果的解释，并确定了未来的进一步分析，其可能的影响，在神经退行性疾病。
2021-01-16 cond-mat.soft physics.bio-ph
Entropic stabilization of the folded states of RNA due to macromolecular crowding
我们回顾了大分子拥挤对RNA折叠的影响，考虑最简单的情况下，排除拥挤颗粒和RNA之间的相互作用占主导地位。以人类端粒酶为例，我们讨论了拥挤如何改变同一RNA分子的假结和发夹状态之间的平衡-这是拥挤-RNA相互作用的一个关键方面。我们总结的数据表明，拥挤效应是显着的，只有当球形拥挤颗粒的大小小于在拥挤颗粒的情况下的RNA的回转半径。野生型和突变体的人端粒酶的功能的含义概述通过使用酶活性和其构象平衡之间的关系。此外，我们讨论了大分子拥挤和离子强度的RNA缓冲液之间的相互作用。最后，我们简要回顾了最近的实验，说明排除体积之间的连接，由于大分子拥挤和RNA折叠的热力学。
2013-04-15 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Statistical Mechanics Model for Protein Folding
本文提出了一种新的统计力学方法，用于描述水环境中蛋白质折叠$\leftrightarrow$的展开转变过程。形式主义的基础上的配分函数的蛋白质服从两阶段的折叠动力学的建设。利用疏水碳氢化合物溶剂化的统计力学模型，得到了蛋白质在水环境中无限稀释溶液的配分函数。计算的蛋白质热容量对温度的依赖关系进行了比较与葡萄球菌核酸酶和高铁肌红蛋白的实验测量的相应结果。
2010-05-19 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Elastic energy of proteins and the stages of protein folding
我们提出了一个蛋白质的普适弹性能，它只依赖于回转半径$R_{g}$和残基数$N$。它是使用基于疏水效应和氢键的物理参数构建的。可调参数拟合的数据，从计算机模拟的一组蛋白质的折叠使用CSAW（条件自我回避行走）模型。弹性能在不同区域产生$R_{g}\sim N^ν$形式的标度关系。它显示了三个折叠阶段，其特征在于与指数$ν= 3/5, 3/7, 2/5$的进展，我们确定为未折叠阶段，前球，熔融球，分别。前球通过类似于一级相变的行为中断而转变为熔融球，这是由氢键的突然加速引发的。
2010-02-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Enumerating Designing Sequences in the HP Model
正方晶格上的疏水/极性HP模型已被广泛用于研究蛋白质折叠的基础。在所有设计序列（具有独特基态的序列）都被列举而不限制接触数的情况下，由于构象和序列数的快速指数增长，链长N的上限为18-20。我们展示了一些优化如何将此限制提高约5个单位。基于这些计算，我们研究了疏水性沿设计序列的统计分布。我们发现，沿着链的疏水性和极性团块的平均数量是大于随机的序列设计，这是在协议与早期的研究结果为N高达18和真正的酶的结果。我们还表明，这种偏离随机消失，如果计算仅限于最紧凑的结构。
2002-01-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
CSAW: a dynamical model of protein folding
CSAW（conditioned self-avoiding walk）是将SAW（self-avoiding walk）与Monte-Carlo相结合的蛋白质折叠模型。它模拟了在链残基之间以及与环境的相互作用存在下链分子的布朗运动。在包括疏水效应和氢键的第一模型中，30个残基的链折叠成具有稳定二级和三级结构的天然状态。这个过程开始于快速坍缩成一个中间的“熔融球”，经过一个相对较长的静止期后，它慢慢地衰变成自然状态。回转半径的行为模拟实验数据。
2006-01-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A dynamic intermediate state limits the folding rate of a discontinuous two-domain protein
蛋白质折叠是大多数蛋白质在细胞内由核糖体合成后必不可少的过程。大多数体外蛋白质折叠研究都集中在单结构域蛋白质上。因此，了解多结构域蛋白质的折叠过程，特别是当结构域不连续时，是很重要的。我们选择麦芽糖结合蛋白（MBP）作为模型系统。特别是，我们研究了MBP的突变体，折叠缓慢。在这里，使用两个和三个颜色的单分子Foerster共振能量转移（smFRET）实验，我们研究了两个域的重折叠和DM-MBP的域之间的相互作用。初始的双色smFRET测量的N-末端结构域（NTD）揭示了折叠中间体的存在。在监测C-末端结构域（CTD）和NTD-CTD（N-C）界面的测量中观察到相同的折叠中间体。重折叠中间体在亚毫秒时间尺度上是动态的。定量分析的基础动态相互转换揭示了延迟的NTD折叠所施加的熵障碍是缓慢的DM-MBP折叠的主要原因。此外，CTD在NTD完成折叠之后折叠。使用三色smFRET，我们可以在同一蛋白质中首先显示NTD折叠，然后显示CTD。WT-和DM-MBP的温度诱导展开的分子动力学模拟确定了NTD中的折叠核，其富含疏水残基，并解释了为什么这两个突变减慢折叠动力学。在存在细菌Hsp 60伴侣蛋白系统GroEL/ES的情况下，我们观察到DM-MBP在伴侣蛋白腔内是动态的，但伴侣蛋白限制了底物的构象空间。因此，限制有助于DM-MBP克服熵势垒。该研究报告了具有不连续排列的两个结构域之间的蛋白质折…
2022-02-07 physics.bio-ph q-bio.BM
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
Fast Tree Search for Enumeration of a Lattice Model of Protein Folding
使用快速树搜索算法和奔腾集群，我们列举了大小为$4\times3\times3$的立方晶格上的蛋白质折叠模型的所有序列和紧凑构象（结构）。我们使用两种类型的氨基酸--疏水性（H）和极性（P）--来组成序列，因此存在$2^{36} \approx 6.87 \times 10^{10}$不同的序列。不同结构的总数为84，731，192。我们利用了一个简单的溶剂化模型，其中折叠成结构的序列的能量减去结构“核心”中疏水氨基酸的数量。对于每个序列，我们发现其基态或基态，即，其能量最低的一个或多个结构。约0.3%的序列具有独特的基态。作为至少一个序列的独特基态的结构的数量为2，662，050，约为结构总数的3%。然而，这些"可设计的“结构在它们的可设计性方面有很大的不同，可设计性被定义为其独特的基态是该结构的序列的数目。为了理解这种可设计性的变化，我们研究了高维空间中结构的分布，其中每个结构由一串1和0表示，分别表示核心和表面位置。
2001-07-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Energetic frustrations in protein folding at residue resolution: a simulation study of homologous immunoglobulin-like \b{eta}-sandwich proteins
非天然残基相互作用是近年来蛋白质折叠研究的热点。实验和理论研究已经开始捕捉可能主导蛋白质折叠关键事件的非天然接触。然而，由于复杂的折叠机制，非天然残基间相互作用引起的能量挫折没有系统地表征。最近，我们研究了一组同源的全α蛋白质的折叠，发现基于非天然接触的能量挫折与蛋白质天然接触网络密切相关。在本文中，我们研究了九个同源的免疫球蛋白样（Ig-like）\b{eta} -夹心蛋白的折叠和检查所造成的非天然残基间相互作用的能量挫折，基于分析的残余φ值和接触地图的过渡态系综。蛋白质共享相似的三级结构，从而最小化蛋白质折叠中的拓扑挫折差异，并突出显示由疏水-疏水突变引起的能量挫折的影响。我们的计算表明，充满活力的挫折有高度异质性的影响，大多数二级结构的折叠和折叠之间的相关性不同的折叠补丁的\b{eta}夹心蛋白。模拟结果显示，在\b{eta} -三明治结构域中，能量挫折和天然接触网络之间存在强烈的相互作用，这确保了\b{eta} -三明治结构域遵循共同的折叠机制。我们的研究结果表明，\b{eta}夹心蛋白的折叠过程可能会重新设计，通过仔细操纵残基水平的能量挫折。
2017-01-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Nature of Driving Force for Protein Folding -- A Result From Analyzing the Statistical Potential
在蛋白质结构分析的统计方法中，Miyazawa和Jernigan（MJ）推导出不同类型氨基酸之间残基间接触能的$20\times 20$矩阵。利用特征值分解的方法，我们发现MJ矩阵可以从它的前两个主成分向量精确地重建为$M_{ij}=C_0+C_1(q_i+q_j)+C_2 q_i q_j$，具有恒定的$C$和与20个氨基酸相关的20个$q$值。这种规律性是由于疏水相互作用和分层力，后者服从简单液体的希尔德布兰德溶解度理论。
1997-01-05 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
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
Folding and Stabilization of Native-Sequence-Reversed Proteins
虽然序列反转蛋白质折叠的问题在很大程度上是未探索的，但人们可能会推测，反转的天然蛋白质序列应该比纯粹的随机杂聚物序列明显更可折叠。在这篇文章中，我们通过研究一系列结构复杂性增加的小蛋白（α-螺旋、\b{eta} -发夹、α-螺旋束和α/ \b{eta} -蛋白）来研究天然蛋白的反向序列如何折叠。采用串联的蛋白质结构预测算法和分子动力学模拟方法，我们发现，反向序列采用天然样的折叠的能力是强烈的蛋白质的大小和天然疏水核心的灵活性的影响。对于具有不能折叠的反向序列的\b{eta} -发夹，我们采用简单的突变策略来指导稳定的发夹形成，该策略涉及将氨基酸插入到\b{eta} -转角区域中。这种对反向序列二元性的系统研究为蛋白质序列-结构映射问题提供了新的思路，并可能有助于激发新的蛋白质设计和蛋白质结构预测方案。
2016-06-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Balance of enthalpy and entropy in depletion forces
添加到溶液中的溶质通常会显著影响从胶体的悬浮或沉淀到生物分子缔合和蛋白质折叠的分子过程。在这里，我们重新审视了有效的吸引力的相互作用，出现在大分子之间和浸泡在溶液中的大分子内的起源，其中含有的溶质，优先排除从大分子界面。直到最近，这些消耗力被认为是熵的性质，主要是由于增加共溶质可用空间的趋势。然而，最近的实验证据表明存在额外的，能量主导的机制。在这次审查中，我们遵循这些不同的机制的新特点。通过编译一组可用的热力学数据的过程范围从蛋白质折叠蛋白质-蛋白质相互作用，我们表明，排除的共溶质可以通过两个不同的机制，在很大程度上与他们的分子特性。对于许多聚合物在低到中等浓度的空间相互作用和分子拥挤效应占主导地位，和机制是熵。相反，对于许多小的被排除的溶质，如天然存在的渗透剂，该机制是由有利的焓，而熵的贡献通常是不利的。我们回顾了这些热力学机制的可用模型，并评论需要新的模型，将能够解释所观察到的耗尽力的全部范围。
2013-11-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Energy landscape theory for cotranslational protein folding
能量景观理论描述了一个全长蛋白质如何在只对所有可能结构的一小部分进行采样后就能获得其天然折叠。虽然蛋白质折叠现在被理解为伴随着核糖体上的合成，但很少有人试图通过解释共翻译折叠来修改能量景观理论。本文介绍了一个模型，导致一个嵌套的能源景观的自然定义的共翻译折叠。应用子流形微分几何中的概念，定量地研究了核糖体上蛋白质折叠的动力学过程，并得到了一个好的共翻译折叠的嵌套势能面的条件.一个概括的扩散率理论，使用范坎彭的复合随机过程的技术，然后用来占熵的贡献和可变的翻译速率的影响，共平移折叠。在确定性极限下，这种随机方法与实验结果和Hamilton形式一致。
2013-10-16 physics.bio-ph q-bio.BM
Protein Folding: A Perspective From Statistical Physics
本文从统计物理的角度介绍了一种研究蛋白质折叠问题的方法。蛋白质折叠是多肽从无规卷曲折叠成其特征性和功能性3D结构的随机过程。这个过程涉及到全局几何和局部结构之间错综复杂的相互作用，每种蛋白质似乎都存在特殊的问题。介绍了一种结合自回避行走（SAW）和蒙特卡罗方法特点的蛋白质折叠模型CSAW（conditioned self-avoiding walk）。在这个模型中，未折叠的蛋白质链被视为一个随机卷曲所描述的SAW。折叠是由疏水力和其他相互作用，如氢键，这可以考虑通过施加条件的SAW。从概念上讲，数学基础是广义朗之万方程。为了说明模型的灵活性和能力，我们考虑几个例子，包括螺旋形成，弹性特性，和肌红蛋白折叠的过渡。从CSAW模拟和物理论证中，我们发现了蛋白质的一个普适弹性能，它只依赖于回转半径$R_{g}$和残基数$N$。弹性能在不同区域产生标度律$R_{g}\sim N^ν$，指数为$ν=3/5,3/7,2/5$，分别与观察到的未折叠阶段、前球和熔融球一致。这些结果表明，CSAW可以作为一个理论实验室，研究蛋白质折叠的普遍原则。
2010-02-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Hydrophobic Effects on a Molecular Scale
一种理论方法被开发来量化疏水水化和分子尺度上的相互作用，与深入了解疏水效应的分子起源的目标。该模型的基础上的空腔形成的概率在散装水分子尺度的密度波动，和最简单的疏水性溶质，硬颗粒的水合自由能之间的基本关系。这种概率估计使用信息理论（IT）的方法，结合实验可用的散装水的属性-密度和径向分布函数。IT方法再现了最简单的疏水效应：球形非极性溶质的水合作用，甲烷分子之间的平均力的潜力，以及溶剂对丁烷扭转平衡的贡献。这种方法的应用研究温度和压力的影响提供了新的见解的热力学和动力学的蛋白质折叠。IT模型与蛋白质展开实验中观察到的疏水熵收敛到水的宏观等温可压缩性。压力变性的蛋白质的一个新的解释如下从疏水聚集体的压力稳定性的分析，表明水渗透在高压下的蛋白质的疏水核心。这解决了一个长期存在的难题，即压力变性是否与蛋白质稳定性的疏水核心模型相矛盾。最后，在最近开发的微扰理论方法的背景下，讨论了大分子非极性溶质的“去湿”问题。
1998-09-18 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio
Essential sub-networks based on contact strength reveal folding kinetics
已经观察到，天然状态的拓扑结构是蛋白质折叠动力学的重要决定因素，并且在双状态小单结构域蛋白质中，折叠速率与相对接触顺序（RCO）之间存在显著相关性。然而，作为一个纯粹的拓扑性质，RCO不考虑残基的相互作用，也发挥了重要作用的折叠动力学。利用残基间的统计接触势，我们在残基接触网络中引入了权，从而定义了加权RCO。使用加权RCO，我们可以捕获具有相同拓扑结构但具有不同序列信息的蛋白质的折叠动力学。通过构造基于成对相互作用强度的基本子网络，我们能够推导出折叠事件冗余序列的特征。我们对48个双态蛋白和超快折叠蛋白以及蛋白CI 2、蛋白G和蛋白L的突变体进行了分析。结果表明：（i）原始残基网络和基本子网络的加权RCO与折叠速率具有显著相关性;（ii）两态折叠的折叠速率依赖于疏水相互作用;（iii）子网络区分了突变体的折叠速率差异，揭示了蛋白质的折叠偏好。
2009-07-21 physics.bio-ph
Microcanonical thermostatistics of coarse-grained proteins with amyloidogenic propensity
纤维状聚集体的形成似乎是多肽链的共同特征，尽管这些聚集体的观察可能取决于适当的实验条件。部分折叠的中间体似乎在蛋白质聚集体的生成中具有重要作用，并且这种原纤维形成的机制认为这些中间体也对应于相对于原纤维的亚稳态。在这里，使用粗粒度（CG）的非晶格模型，我们进行了比较分析的热力学方面的特征的折叠过渡相对于四个不同的系统聚集的倾向：两个异构体的淀粉样蛋白$β$ -蛋白，Src SH 3结构域，和人朊病毒蛋白（hPrP）。对复制交换法（REM）获得的数据进行微正则分析，以评估这些模型中的自由能垒和潜热。淀粉样蛋白$β$异构体和Src SH 3结构域的模拟表明，该CG模型描述的折叠过程与负比热有关，这种现象只能在一阶相变的微正则系综中得到验证。CG模拟的hPrP杂聚物产生了连续的折叠过渡。自由能垒和潜热的情况下有利于存在部分未折叠的构象，在这种情况下，这个热力学方面可以解释为什么hPrP杂聚物是更容易聚集的原因比其他杂聚物在这项研究中考虑。我们引入了疏水回转半径作为序参量，发现它可以用来获得有关疏水堆积和折叠过程中转变温度的可靠信息。
2012-12-07 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
A Thermodynamic Model for Prebiotic Protein Function
我们提出了一个方案的RNA和快速折叠的蛋白质与大熵差距，如今天观察到的益生元共同进化。我们从非常普遍的原则表明，RNA合成的蛋白质的折叠和展开可以起到热泵的作用。岩石表面可以促进具有极性和疏水性残基的氨基酸链的折叠，同时伴随着周围岩石的热量损失。然后这些链条在展开时从汤中吸收热量。这为提高RNA复制率开辟了道路，通过在降低的温度下大量存在的折叠蛋白质的酶促作用。这为那些编码具有非简并折叠状态的氨基酸序列的RNA提供了进化优势，这将提供最有效的制冷。
2003-05-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
GPU accelerated enumeration and exploration of HP model genotype-phenotype maps for protein folding
进化可以从基因型的突变和随后的表型选择方面来广泛描述。因此，一个给定的基因型-表型（GP）图的完整枚举是一个强大的技术，在研究进化景观。然而，由于基因型的数量通常随基因组长度呈指数增长，因此这种计算很快变得棘手。在这里，我应用图形处理单元（GPU）技术的疏水极性（HP）模型的蛋白质折叠。这个GP图是一个简单的和充分研究的模型，用于复杂的蛋白质折叠过程。之前对相对较小的2D和3D晶格的研究仅使用传统的中央处理器（CPU）方法进行。通过使用GPU技术，我能够重现Li等人的开创性计算。[1]速度比CPU快580-700倍。我还能够执行迄今为止最大的6x6网格枚举。这些新的计算提供了证据，表明流行的“李子布丁”比喻，表明表型在基因型空间中是断开的，并没有描述数据。相反，一个“意大利面条”的比喻连接基因型网络可能更合适。此外，数据允许GP空间内的可设计性和复杂性之间的关系进行探索。GPU的方法似乎非常适合toGP映射和这项工作的成功提供了一个有前途的介绍，其更广泛的应用在这一领域。
2020-11-27 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.PE
Conditional solvation of isoleucine in model extended and helical peptides: context dependence of hydrophobic hydration and the failure of the group-transfer model
GXG三肽相对于参比GGG的水合热力学通常用于定义X的条件水合贡献。这个量或侧链的小分子类似物的水合热力学或这些估计的一些组合已经锚定了对蛋白质稳定性和折叠的开创性实验的解释。我们表明，这种程序来模拟蛋白质水化有显着的局限性。我们研究了异亮氨酸侧链在扩展的五肽和螺旋十肽的条件水合热力学，适当地使用扩展的五甘氨酸或适当的螺旋十肽作为参考。丁烷的水合作用为侧链提供了一个小分子参考。我们使用准化学理论解析的水化热力学化学，包装，和远程相互作用的贡献。化学贡献反映了溶质的定义的内壳层内的溶剂聚类的贡献; g-丁烷的化学贡献比异亮氨酸的条件化学贡献实质上更负。填充贡献给出了在溶剂中产生空腔所需的功，这是理解疏水水合作用的一个感兴趣的量。g-丁烷的堆积贡献大大高估了异亮氨酸的条件堆积。这种补偿贡献的净值仍然与异亮氨酸的条件自由能不一致，但幅度较小。正丁烷模型的过量水化焓和熵也比侧链的相应条件量更负。在描述螺旋肽中异亮氨酸的条件溶剂化时，GGIGG中异亮氨酸的条件溶剂化也证明是不令人满意的。
2013-11-05 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Generalized Iterative Annealing Model for the action of RNA chaperones
由于RNA分子的崎岖景观，它们的折叠由动力学分配机制描述，根据该机制，只有一小部分（$ϕ_F$）达到折叠状态，而剩余部分的分子被动力学地捕获在错误折叠的中间体中。从错误折叠状态到天然状态的转变可能远远超过生物学相关时间。因此，RNA在体内的折叠通常是由蛋白质辅因子，称为RNA分子伴侣，可以拯救RNA从大量的错误折叠的结构。我们考虑两个模型，基于化学动力学和化学主方程，描述辅助折叠。在被动模型中，适用于I类底物，错误折叠的结构与RNA分子伴侣单独的瞬时相互作用足以使错误折叠的结构不稳定，从而熵降低折叠的障碍。为了使这种机制有效，折叠的RNA和蛋白质辅因子之间的中间核糖核蛋白（RNP）复合物应该具有最佳稳定性。我们还引入了一个活性模型（适用于具有小$ϕ_F$的严格底物），该模型解释了最近关于CYT-19对I组内含子核酶作用的实验结果，表明RNA伴侣不会区分错误折叠状态和天然状态。在主动模型中，RNA分子伴侣系统利用ATP水解的化学能反复结合和释放错误折叠和折叠的RNA，导致天然状态的产量大幅增加。这里概述的理论表明，与实验一致，在稳定状态下，本征态不会以单位概率形成。
2013-06-17 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
Design of Sequences with Good Folding Properties in Coarse-Grained Protein Models
背景：设计在给定靶结构中稳定的氨基酸序列相当于最大化条件概率。实现这一点的一种直接方法是嵌套蒙特卡罗，其中对于不同的固定序列一遍又一遍地探索构象空间，这需要过多的计算需求。已经提出了几种基于固定结构或高- $T$扩展的能量最小化来补救这种情况的近似尝试。这些方法是快速的，但往往不准确，因为折叠发生在低$T$。结果如下：我们开发了一个多序列蒙特卡罗程序，其中序列和构象空间同时探测有效的修剪序列空间的处方。该方法是探讨疏水/极性模型。我们首先讨论短晶格链，以便与精确数据和其他方法进行比较。然后，该方法被成功地应用到晶格链与多达50个单体，和非晶格20聚体。结论：多序列蒙特卡罗方法为粗粒度模型中的序列设计提供了一种新的方法。它比以前的蒙特卡罗方法更有效，并且，就目前而言，适用于相当广泛的两字母模型。
1998-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft hep-lat
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
Investigating the side-chain structural organization behind the stability of protein folding and binding
本研究通过分析蛋白质数据集的氨基酸组成与残基间相互作用能网络，发现远程库仑相互作用决定热稳定性，而分子间范德华能量与结合亲和力相关。
2021-07-16 physics.bio-ph physics.chem-ph
Role of the dihedral angle potential in the nucleation pathway of protein folding
提出了蛋白质折叠成核机理的动力学模型。蛋白质被建模为由具有相等恒定键长和键角的疏水性和亲水性珠粒组成的杂聚物。杂聚物的总能量由非连接珠的排斥/吸引相互作用和所涉及的二面角的贡献决定。它们的参数可以严格定义，不像以前模型的基础是一簇蛋白质残基的不明确的表面张力。作为该模型的一个重要思想，二面角势，其中所选择的珠参与平均所有可能的配置的相邻珠沿蛋白质链。由此产生的平均二面角潜力的残留物是恒定的足够远的集群，但单调增加的距离降低低于阈值。其中残基执行混沌运动的簇周围的总体势是平均二面角势和成对势的组合。作为与簇的距离的函数，它具有双阱形状。内孔中的残基被认为属于簇（蛋白质的折叠部分），而外孔中的残基被视为属于蛋白质的未折叠（尽管是紧凑的）部分。双井形状的潜力周围的集群允许一个确定其发射和吸收率，通过使用第一次通过时间分析和发展的自洽动力学理论的成核机制的蛋白质折叠。对一个含有2500个残基的蛋白质进行数值计算，其残基在天然状态下的扩散系数在10^{-6} cm ^2/s到10^{-8} cm ^2/s之间，预测折叠时间在几秒到几百秒之间。
2006-08-25 physics.bio-ph physics.comp-ph
Computing spatially resolved rotational hydration entropies from atomistic simulations
对于大分子过程的第一原理理解，对潜在的自由能景观的定量理解，特别是其熵贡献是至关重要的。生物分子（如蛋白质）的稳定性受疏水效应的控制，该疏水效应是由溶剂壳层的自由能的竞争性熵和熵贡献引起的。虽然液体的统计力学以及分子动力学模拟提供了很多见解，但溶剂化壳层熵仍然非常难以计算，特别是当需要空间分辨率时。在这里，我们提出了一种方法，允许通过非参数k-近邻密度估计空间分辨旋转溶剂熵的计算。我们验证了我们的方法，使用分析测试分布，并将其应用到原子模拟的水箱。与优于9.6%的准确度，所获得的空间分辨率应该新的光的疏水效应和溶剂化的热力学一般。
2019-11-19 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
