Macromolecular crowding modulates folding mechanism of alpha/beta protein apoflavodoxin
细胞中的蛋白质动力学可能不同于体外稀释溶液中的蛋白质动力学，因为细胞中的环境与其他大分子高度浓缩。这种体积排斥由于大分子拥挤的预测影响平衡和动力学过程，涉及蛋白质构象的变化。为了量化大分子拥挤效应对蛋白质折叠机制的影响，在这里，我们研究了折叠能量景观的α/β蛋白质，脱辅基黄素氧还蛋白，在惰性大分子拥挤剂的存在下，使用在硅片和体外方法。通过粗粒分子模拟和基于拓扑的势相互作用，我们探讨了拥挤剂体积分数（phi_c）的增加以及拥挤剂几何形状（球形或球柱形）在高phi_c下的影响。在Ficoll（sphere）和Dextran（spherocylinder）合成拥挤剂的存在下，用纯化的脱硫脱硫脱辅基黄素氧还蛋白在体外进行平行动力学折叠实验。总之，我们已经在计算机上确定了最好地增强蛋白质稳定性的拥挤条件，并发现在操纵拥挤条件时，经历拓扑挫折的折叠路线可以被增强或减轻。试管实验证实，脱辅基黄素氧还蛋白的时间分辨折叠路径受到拥挤剂几何形状的调节。我们认为，大分子拥挤效应可能是一种工具，用于操纵蛋白质折叠和功能在活细胞中。
2008-10-12 q-bio.BM
Dark energy: the cost of function in protein evolution
Centre for Genomic Regulation, The Barcelona Institute of Science and Technology（基因组调控中心，巴塞罗那科学技术研究所）；Protein Physiology Lab, Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学理学院生物化学系蛋白质生理实验室）；Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Universidad de Buenos Aires（布宜诺斯艾利斯大学理学院生物化学研究所，阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学）
本文综述相关计算与实验方法，通过蛋白质语言模型等技术量化蛋白质进化中的暗能量，揭示其组分并阐明生物信息在序列-结构-功能间的流动机制。
2026-08-31 q-bio.BM
Protein Structure Prediction: The Next Generation
在过去的10-15年里，从统计力学的角度对蛋白质折叠的化学反应有了普遍的认识。从基于能量景观思想的蛋白质折叠动力学中吸取的经验教训有益于蛋白质结构预测，特别是粗粒度模型的开发。我们调查的结果从盲目的结构预测。我们探讨如何第二代预测能量函数可以通过引入信息从以前模拟的结构合奏。这一程序依赖于一个漏斗形的能源景观的假设，符合最小挫折的原则。与基于序列比对选择的实验蛋白质结构相比，第一代模拟结构为关联记忆能量函数提供了改进的输入。
2006-06-12 q-bio.BM
Folding Kinetics of Protein Like Heteropolymers
利用一个简单的三维晶格共聚物模型和蒙特卡罗动力学，我们研究了蛋白质类杂聚物的塌缩和折叠。聚合物是27个单体长，由两种单体类型组成。虽然这些链对于穷举所有构象来说太长，但可以枚举所有最大紧凑构象，即3x3x3立方体。这允许我们选择具有唯一全局最小值的序列。然后，我们探讨了崩溃和折叠的动力学，并检查什么功能决定的各种速率。折叠时间在很宽的温度范围内有一个平台，并在高温和低温下发散。折叠时间取决于序列，并与自然状态下的能量挫折量有关。链的折叠时间与序列无关，比折叠时间快几个数量级，表明折叠过程是两阶段的。在一定温度以下，链表现出玻璃状行为，其特征在于时间尺度的减慢和自平均行为的丧失。我们明确定义了玻璃化转变温度（Tg），并通过将其与折叠温度（Tf）进行比较，我们发现了两类序列：Tf > Tg的良好折叠器和Tf < Tg的非折叠器。
1994-04-01 cond-mat q-bio.BM
The Energy Landscape, Folding Pathways and the Kinetics of a Knotted Protein
的折叠路径和速率系数的打结蛋白质的折叠计算的势能函数具有最小的能量挫折。采用离散路径采样方法构建了动力学跃迁网络，并通过构造不连通图对势能面进行了可视化。由于拓扑结构的限制，地势低洼的部分的景观由三个不同的区域，对应于本地打结状态和配置的N-或C-末端尚未折叠成结。从变性状态的最快折叠途径表现出结的N-末端部分的早期形成和C-末端并入的速率决定步骤。因此，N-末端打结且C-末端游离的低位最小值构成了该模型的非途径中间体。N-和C-末端插入到结中发生在折叠过程的后期，产生大的能量势垒，其是折叠过程中的速率限制步骤。当与类似长度的其他蛋白质折叠蛋白质相比时，该系统折叠慢六个数量级。
2010-07-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Transferable coarse-grained potential for $\textit{de novo}$ protein folding and design
蛋白质折叠和设计是重要的生物物理问题，其解决将导致重要的应用，特别是在医学上。在这里，一种新的蛋白质模型，能够同时提供定量的蛋白质设计和折叠。计算机模拟表明，对于大量的真实蛋白质结构，该模型产生的设计序列与相应的自然发生的序列具有相似的物理性质。设计的序列还不完全现实，需要进一步的实验测试。对于一组独立的蛋白质，众所周知，难以折叠，正确的折叠设计和天然序列也被证明。折叠性能的特点是由自由能计算。这不仅是天然和设计的蛋白质之间的一致性，但我们也表现出显着的精度时，折叠结构与实验确定的。最终，这种新的粗粒度蛋白质模型在其基本的三个特征的组合方面是独一无二的：它的简单性，它产生自然可折叠设计序列的能力，以及它的结构预测精度。后者通过自由能计算证明。同样值得注意的是，低挫折序列可以获得这样一个简单和通用的设计程序，和天然蛋白质的折叠显示漏斗状的自由能景观，而不需要任何潜在的基础上的天然结构。
2014-06-17 physics.bio-ph q-bio.BM
Configurational entropy, transition rates, and optimal interactions for rapid folding in coarse-grained model proteins
在一定条件下，溶剂化蛋白质的粗粒度模型的动力学可以使用马尔可夫状态模型来描述，该模型跟踪构型群体的演化。马尔可夫模型中出现的状态之间的转移率可以通过计算状态的相对熵和它们的平均首次通过时间来确定。本文提出了一种自适应方法来计算具有不连续势的线性链模型的构型熵和平均首次通过时间。该方法是基于事件驱动的动态采样的大规模并行架构。使用的事实是，过渡率矩阵可以计算任何选择的相互作用能在任何温度下，它演示了如何每个状态的能量可以被选择，使任何两个状态之间的平均时间过渡到最小化。用该方法分析了两个蛋白质系统的折叠过程优化：crambin蛋白质和一个具有挫折和错误折叠的模型。结果表明，这两个系统的折叠途径是由两个制度：首先，快速建立本地债券，随后形成更远的接触。导致最快速折叠的状态能量鼓励多个途径，并且通过提高捕获状态的能量来惩罚通过动力学陷阱的折叠途径，或者通过降低自由能势垒来建立从捕获状态的逃逸路线，以快速到达天然状态。
2022-09-23 cond-mat.soft q-bio.BM
Frustration In Physiology And Molecular Medicine
本文综述了蛋白质中局部阻挫概念的物理起源，论证其在蛋白质功能、识别、催化、别构调节及病理中的关键作用，并拓展至基因调控网络和脑神经网络等更高层次系统。
2025-02-06 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Sequence and structural patterns detected in entangled proteins reveal the importance of co-translational folding
蛋白质必须快速折叠以获得具有生物功能的三维天然结构。因此，这些主要是稳定的局部接触，而复杂的拓扑结构，如结是罕见的。在这里，我们揭示了蛋白质序列和结构所采用的特定模式的存在，以处理骨干自纠缠。对蛋白质数据库的大规模分析表明，与另一个链部分显著缠结的环通常由弱结合的氨基酸封闭。为什么这种充满活力的挫折感会持续存在？一种可能的情况是，纠缠的环只在折叠过程的最后形成，以避免动力学陷阱。一致地，这些环更频繁地被发现缠绕在其N-末端侧的链的一部分上，即在核糖体中较早翻译的部分。最后，这些基序在自然状态下的丰度低于模拟的蛋白质样结构，但它们出现在32%的蛋白质中，在某些情况下，它们显示出惊人的复杂缠绕。
2019-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
CONFIDE: Hallucination Assessment for Reliable Biomolecular Structure Prediction and Design
CONFIDE通过结合能量和拓扑视角，提升AlphaFold3等模型的可靠性，显著提高分子结构预测质量评估，并拓展至多种药物设计任务。
2025-11-20 cs.AI q-bio.BM
Characterizing the folding core of the cyclophilin A - cyclosporin A complex I: hydrogen exchange data and rigidity analysis
“折叠核心”的确定可以帮助深入了解蛋白质的结构，灵活性，流动性和动力学，从而最终了解蛋白质的功能-结构生物学的核心问题。配体结合后折叠核心的变化特别令人感兴趣，因为它们可能与药物诱导的功能变化有关。亲环素A是一种多功能的配体结合蛋白，是重要的药物靶点。它主要在蛋白质折叠过程中作为一种酶发挥作用，但也作为免疫抑制药物环孢菌素A（CsA）的主要结合伴侣。在这里，我们使用氢-氘交换（HDX）NMR光谱来确定CypA-CsA复合物的折叠核心。我们还使用了快速计算工具的刚度分析，在第一，以确定一个理论上的折叠核心的复杂。此外，我们产生了一个理论上的折叠核心的未结合的蛋白质，并比较这与以前发表的HDX数据。FIRST方法给出了一个很好的预测HDX折叠核心，但我们发现，它还没有足够的灵敏度来预测配体结合CypA的影响。
2014-07-16 q-bio.BM
Protein Photo-folding and Quantum Folding Theory
从量子折叠理论出发，用标准场论方法计算了蛋白质折叠随光子吸收或发射的速率以及光子与蛋白质的非弹性散射截面。所有这些蛋白质的光折叠过程进行了比较，与普通的蛋白质折叠没有相互作用的光子（非辐射折叠）。证明了蛋白质折叠和蛋白质光折叠存在一个公共因子（振动波函数的热平均重叠积分，TAOI）。在此基础上预测：1）受激光折叠速率与蛋白质折叠速率具有相同的温度依赖性：2）电子跃迁谱线展宽，出现了丰富的无构象跃迁和有构象跃迁的振动谱带，振动谱线宽度大大减小;（3）共振荧光截面随温度的变化服从相同的规律（Luo-Lu定律）。折叠速率-温度关系的特殊形式和丰富的光谱结构暗示了在跃迁过程中存在一组量子振子，这些振子主要是低频扭转型，暗示了蛋白质构象之间的量子隧穿在折叠和光折叠过程中确实存在，并且这种隧穿深深植根于构象-电子系统的相干运动。
2011-05-12 q-bio.BM
Folding of the Protein Domain hbSBD
用圆二色性技术研究了哺乳动物线粒体支链α-酮酸脱氢酶（BCKD）复合物的α-螺旋结构域hbSBD在无尿素条件下的折叠。用热变性法计算了平衡去折叠的热力学参数，用双态模型描述了平衡去折叠过程，其折叠温度T_f = 317.8 K，热焓Δ H_g = 19.67 kcal/mol。利用非格点粗粒Go模型和Langevin动力学对折叠进行了数值研究。所获得的结果，包括人口的原生盆地，作为一个功能的原生接触和折叠动力学的数量的自由能景观，也表明，hbSBD域是一个两个状态的文件夹。这些结果与hbSBD在BCKD中的生物学功能一致。
2006-12-17 q-bio.BM
Hydrodynamic Interactions in Protein Folding
我们将流体动力学相互作用（HI）在一个粗粒度和基于结构的蛋白质模型，采用Rotne-Prager流体动力学张量。我们研究了几个小的蛋白质，并证明HI促进折叠。我们还研究了HIV-1蛋白酶，并表明HI使皮瓣关闭动力学更快。HI被发现影响的时间相关函数在附近的原生状态，即使他们没有影响相同的时间特性的结构波动周围的原生状态。
2008-12-31 q-bio.BM
Protein Folding from the Perspective of Chaperone Action
预测蛋白质的三维功能结构是分子生物学中一个重要的计算里程碑。这一壮举取决于对蛋白质折叠成天然结构的机制的清晰理解。自莱文塔尔悖论以来，人们对这一机制的理解有了很大的进展。大多数早期的尝试都是在将疏水相互作用或氢键作为主导折叠力之间进行的。然而，现在似乎出现了一种共识，即氢键是一种更强的力。有趣的是，从伴侣作用的角度来看，可能会进一步揭示折叠机制的本质。因此，防止蛋白质聚集和错误折叠的机制可以帮助我们更好地理解折叠机制本身。
2019-11-27 q-bio.BM
Inferring protein folding mechanisms from natural sequence diversity
本研究提出仅利用蛋白质序列信息推断球状蛋白质折叠机制的方法，通过将演化能量场映射到粗粒化foldon单元并模拟Ising链，揭示了拓扑结构对折叠协同性的限制，并证明基于序列的演化模型可直接计算突变引起的稳定性和协同性变化。
2025-07-01 q-bio.BM
Nucleation phenomena in protein folding: The modulating role of protein sequence
对于绝大多数天然存在的小的单结构域蛋白质，折叠通常被描述为缺乏可检测中间体的双态过程。这一观察经常被合理化，其基础是蛋白质折叠的成核机制，其基本前提是这样的想法，即在形成所谓折叠核的一组特定接触完成后，立即达到天然状态。在这里，我们提出了一种方法来确定折叠核的小晶格聚合物，并将其应用到研究的蛋白质分子的链长N=48。要调查在何种程度上蛋白质的拓扑结构是一个强大的决定因素的成核机制，我们比较了一个本地为中心的模型与序列特异性模型共享相同的原生折叠的成核方案。为了评估成核机制中序列的鳍状物细节的影响，我们考虑两个非同源序列的折叠。我们的结论是，在一个序列特异性模型的折叠核，在某种程度上，形成的最稳定的接触在蛋白质和不太稳定的连接在折叠核完全由折叠的拓扑结构。我们还发现，折叠核不依赖于蛋白质序列而执行相同的“拓扑”功能。成核机制的这种统一特征是由形成折叠核的残基以类似且明确定义的方式沿蛋白质链分布而产生的，所述方式由折叠的拓扑特征确定。
2006-11-17 q-bio.BM
Rethinking the protein folding problem from a new perspective
Anfinsen的主要关注点之一是揭示氨基酸序列与其生物活性构象之间的联系。这一研究引发了结构生物学中的两个关键问题，即蛋白质为什么折叠以及序列如何编码其折叠。至于为什么，他提出了一个合理的答案，即在给定的环境中，蛋白质折叠成其功能形式-天然状态-因为这种结构代表了所有可行构象中最低的自由能最小值-热力学假设或Anfinsen教条。至于如何，这仍然是一个未解决的挑战，因此，这一调查是从蛋白质折叠，即，作为一个分析的整体-由莱布尼茨和康德提出的概念的一个新的角度来审查这里。这个新的视角迫使我们详细讨论为什么基于力场的理论方法在准确预测蛋白质三维结构的能力和回答结构生物学中最关键的问题之一：序列如何编码其折叠的能力方面都失败了。
2022-10-10 q-bio.BM
Folding Kinetics of Riboswitch Transcriptional Terminators and Sequesterers
核糖开关作为响应环境信号的基因调控元件，必须在适当的时间尺度上采用特定的二级结构。我们采用动力学Monte Carlo模拟TPP核糖开关表达平台转录过程中的时间依赖性折叠。根据我们的模拟，核糖开关转录终止子，它必须采取一个特定的发夹结构的时候，他们已经被转录，折叠效率高于Shine-Dalgarno隔离，其正确的结构是只需要在核糖体结合的时候。我们的研究结果表明，核糖开关转录终止子序列已被自然选择的高折叠效率，螯合剂可以保持其功能，即使在存在显着的错误折叠。
2013-07-15 physics.bio-ph q-bio.BM
Iterative Annealing Mechanism Explains the Functions of the GroEL and RNA Chaperones
分子伴侣是消耗ATP的生物机器，其促进蛋白质和RNA分子的折叠，所述蛋白质和RNA分子在动力学上长时间被困在错误折叠状态。无辅助折叠通过动力学分配机制发生，根据动力学分配机制，以低概率折叠到天然状态以及以高概率错误折叠到许多亚稳态之一，在类似的时间尺度上迅速发生。GroEL是一种多用途的随机机器，可以帮助错误折叠的底物蛋白（SP）折叠。RNA分子伴侣（CYT-19）帮助容易错误折叠的核酶折叠。GroEL不与折叠的蛋白质相互作用，但CYT-19破坏折叠和错误折叠的核酶。尽管存在这一主要差异，迭代退火机制（IAM）定量地解释了蛋白质和核酶辅助折叠的所有可用实验数据。在ATP结合和水解以及GroES结合的驱动下，GroEL经历催化循环，在此期间，它采样三种变构状态，称为T（apo）、R（ATP结合）和R“（ADP结合）。与IAM预测一致，实验数据的分析表明GroEL-GroES机制和突变体的效率由重置速率$k_{R''\rightarrow T}$决定，其对于野生型GroEL是最大的。广义IAM精确预测了四膜虫核酶及其变体的折叠动力学。分子伴侣通过驱动底物脱离平衡而使折叠速率和稳态天然状态折叠的乘积最大化。绝对产率和折叠速率都没有优化。
2019-09-16 physics.bio-ph q-bio.BM
Capturing the essence of folding and functions of biomolecules using Coarse-Grained Models
生物分子及其复合物可以发挥作用的距离从几纳米（折叠结构）到几毫米（例如染色体组织）不等。描述涵盖如此不同长度和时间尺度的现象，需要模型来捕捉特定长度尺度的潜在物理学。理论思想，特别是来自聚合物物理学的概念，指导了粗粒度模型的发展，以研究DNA，RNA和蛋白质的折叠。最近，此类模型及其变体已应用于生物纳米机器的功能。使用粗粒度模型的模拟现在准备解决生物学中的广泛问题。
2011-09-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Cotranslational folding of deeply knotted proteins
即使在基于结构的模型中，深度打结的蛋白质的正确折叠也具有非常低的成功率，所述基于结构的模型有利于天然接触的形成，但没有拓扑偏差。通过采用基于结构的模型，我们证明了在模型核糖体上的共翻译折叠可以提高蛋白质YibK形成三叶结的几率，而无需引入任何非天然接触。核糖体是由一个排斥壁代表的，它使蛋白质不断延长。核糖体上的折叠通过活结构象进行。我们阐明其形成的力学和能量学。我们表明，在上核糖体折叠的打结概率是温度的函数，并有一个最佳的温度的过程。我们的模型往往导致建立本土联系，而没有形成结。
2015-09-03 physics.bio-ph q-bio.BM
Assortative mixing in Protein Contact Networks and protein folding kinetics
从氨基酸的线性链开始，蛋白质自发折叠成它们精细的三维结构是生物自组织的一个显著例子。我们从复杂网络的角度研究了30个单结构域、双状态蛋白质的自然状态结构，以理解拓扑参数在蛋白质折叠动力学中的作用，在两个长度尺度上--作为"蛋白质接触网络“（PCNs）及其相应的”长程相互作用网络“（LINs），通过忽略短程相互作用构建。我们的研究结果表明，PCNs和LINs都表现出特殊的拓扑性质的“非对称混合”，这是在所有其他生物和技术网络研究到目前为止。我们发现，这些接触网络的度分布是部分负责所观察到的非线性。在短接触和长接触尺度下，线性化系数与蛋白质折叠速率均呈正相关，而只有LINs的聚类系数呈负相关。结果表明，这些自然进化的蛋白质网络的一般拓扑参数可以有效地代表结构和功能特性所需的快速信息传递之间的残基促进生化/动力学功能，如，变构，稳定性和折叠的速度。
2007-11-17 q-bio.BM q-bio.MN
Protein folding and binding can emerge as evolutionary spandrels through structural coupling
蛋白质和其他分子之间的结合相互作用介导许多细胞过程，包括代谢、信号传导和基因表达的调节。这些相互作用的进化是为了响应蛋白质的化学或物理环境的变化（如添加抗生素），或者当基因复制和分化时。最近的几项研究表明，折叠稳定性在限制蛋白质进化中的重要性。在这里，我们调查如何结构之间的耦合蛋白质折叠和结合-事实上，大多数蛋白质只能结合其目标时折叠-引起的进化之间的耦合特性的折叠稳定性和结合强度。使用生物物理和进化建模，我们展示了这些蛋白质性状如何成为进化的“拱肩”，即使它们不赋予内在的健身优势。特别是，蛋白质可以进化出强的结合相互作用，其没有功能作用，而仅仅在错误折叠有害的情况下起到稳定蛋白质的作用。此外，这些蛋白质可能具有不同的命运，根据随机突变事件进化为结合或不结合其靶标。这些观察结果可以解释在高通量测定中观察到的蛋白质之间的明显非功能性相互作用的丰度。相反，对于具有功能性结合和有害错误折叠的蛋白质，进化在生物物理特征的水平上可能是高度可预测的：适应性路径被严格限制为首先获得额外的折叠稳定性，然后随着新的结合功能的发展而部分失去它。这些发现对于我们理解天然和工程蛋白质的基本进化原理具有重要意义。
2014-08-17 q-bio.BM q-bio.PE
Two Stages of Folding: Convergent Mechanisms in AI Protein Folding Trunks
通过对ESMFold、OpenFold和Boltz-1的因果干预，发现蛋白质结构预测模型共享两阶段计算结构：早期块初始化成对生化信号，晚期块发展成对空间特征，且这些表示可跨模型线性对齐和替换。
2026-06-25 cs.LG q-bio.BM
The evaluation of protein folding rate constant is improved by predicting the folding kinetic order with a SVM-based method
蛋白质折叠是一个非常感兴趣的问题，因为它涉及遗传信息被翻译成具有明确定义的三维（3D）结构和功能的蛋白质的机制。最近的理论模型已经发展到预测的蛋白质折叠速率考虑的过程与拓扑参数的关系，来自天然（原子解决）的蛋白质结构。以前的工作分类蛋白质在两个不同的群体表现出单指数或多指数折叠动力学。众所周知，这两类蛋白质与不同的蛋白质结构特征有关。越来越多的可用实验动力学数据允许应用于机器学习方法的问题，以便从迄今收集的实验数据开始预测折叠过程的动力学顺序。该信息可用于改进折叠速率的预测。在这项工作中，首先，我们描述了一个基于支持向量机的方法（SVM-KO）来预测一个给定的蛋白质的折叠过程的动力学顺序。使用这种方法，我们可以正确分类78%的折叠机构超过一组63个实验数据。其次，重点研究了折叠率对数的预测。该值可以通过基于SVM的方法作为线性回归任务获得。在本文中，我们表明，预测与实验数据的线性相关性可以提高时，回归任务计算超过两个不同的集，而不是一个，他们每个人组成的蛋白质与正确预测的两个状态或多态动力学顺序。
2006-02-13 q-bio.BM q-bio.QM
FoldingZero: Protein Folding from Scratch in Hydrophobic-Polar Model
University of Florida（佛罗里达大学）
从氨基酸序列预测蛋白质结构是计算生物学中最具挑战性的问题之一。疏水极性模型是蛋白质折叠的一种广泛研究的数学模型，它可以深入研究蛋白质结构的形成和演化。HP模型虽然离散了构象空间，简化了折叠能函数，但已被证明是NP完全问题。在本文中，我们提出了一种新的蛋白质折叠框架FoldingZero，基于深度强化学习从头开始自折叠一个从头开始的蛋白质2D HP结构。FoldingZero采用了双头（策略头和值头）深度卷积神经网络（HPNet）和正则化树置信上限（R-UCT）的耦合方法。它完全由强化学习算法训练，该算法通过迭代策略优化迭代地改进HPNet和R-UCT。在没有任何监督和领域知识的情况下，FoldingZero不仅获得了可比的结果，而且还学习了潜在的折叠知识以稳定结构。在没有指数计算的情况下，FoldingZero显示出用于现实世界蛋白质性质预测的潜力。
2018-12-03 cs.AI cs.LG 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
From evolution to folding of repeat proteins
重复蛋白质由相似的氨基酸延伸的串联拷贝组成，这些氨基酸延伸折叠成细长的结构。由于它们的对称性，这些蛋白质构成了研究进化如何与结构，折叠和功能相关的优秀模型系统。在这里，我们提出了一个计划，在序列水平上的进化信息映射到一个粗粒度的重复蛋白质折叠模型，并使用它来研究数以千计的重复蛋白质的折叠。我们的能量模型相结合的逆Potts模型方案与重复的复制和删除的明确的机械模型，以计算在单个残基水平的系统的进化参数。这是用来通知伊辛样模型，允许生成的折叠曲线，明显的域出现和占领的中间状态，是高度兼容的实验数据在特定的案例研究。我们分析了数千种天然锚定重复序列蛋白的折叠，发现多种折叠机制是可能的。当序列相似性元素足够多且相互作用较强时，可以得到完全合作的全或无跃迁;当序列相似性元素不相似且相互作用较弱时，可以得到非合作的逐元素间歇折叠.在这两者之间，我们的特点成核传播和多域折叠机制。最后，我们表明，重复序列的稳定性和协同性可以从一个简单的能量分数定量预测，铺平了道路，指导蛋白质折叠设计与协同进化模型。
2022-02-24 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Simulation, Experiment, and Evolution: Understanding Nucleation in Protein S6 Folding
在这项研究中，我们探索核和过渡态合奏的核糖体蛋白S6使用Monte Carlo Go模型结合实验的限制。结果进行了分析的背景下，广泛的实验和进化数据。单个残基在折叠核中的作用进行了鉴定，并详细探讨了S6折叠机制中的事件顺序。我们的结果的解释同意，并扩展了效用，通过调节变性剂浓度的实验，改变f值，并提出了强有力的证据，为现实主义的机械细节在我们的蒙特卡罗围棋模型和结构的解释实验f值。我们还观察到支持特定核的疏水核心的接触的可塑性。对于S6，它在折叠后与RNA和蛋白质结合，这种可塑性可能来自实现生物功能所需的构象灵活性。这些结果提出了一个理论和概念的图片，是相关的理解成核机制的蛋白质折叠。
2004-04-26 cond-mat.soft q-bio.BM
Thermal Folding and Mechanical Unfolding Pathways of Protein Secondary Structures
通过类GO模型的分子动力学模拟研究了二级结构的机械拉伸。力-位移曲线作为牵引装置的刚度和速度的函数进行了研究。拉伸事件的连续性，如通过接触破裂的顺序所测量的，与热折叠和展开期间的事件序列进行比较。发现$α$ -螺旋和$β$ -发夹结构存在相反的交叉相关性。在两个$α$ -螺旋的串联中，两个组成螺旋几乎同时解开。同时与顺序解开的重复单元的一个简单的条件。
2001-12-11 cond-mat.soft q-bio.BM
Probing the Origins of Two-State Folding
许多蛋白质系统以双态方式折叠。然而，随机模型很少显示双态动力学，因此这种行为不应被接受为默认行为。迄今为止，许多理论的流行两个国家的动力学已经提出，但没有充分解释的广度实验观察。一个模型，使最低限度的假设，提出两个国家的行为是可能的任何系统与一个压倒性的人口原生状态。我们表明，两个国家的折叠是紧急的，并加强了本机状态的占用人口的增加。此外，该模型表现出一个枢纽般的行为，与展开状态之间的缓慢相互转换。尽管如此，展开状态相对于折叠时间快速平衡。这个明显的悖论通过这个模型很容易理解。最后，我们的研究结果比较有利的蛋白质折叠率作为链长和Keq的函数的实验测量，并提供了新的见解这些结果。
2013-05-04 physics.bio-ph q-bio.BM
Frustration, dynamics and catalysis
本文综述蛋白质科学各领域最新进展，揭示局部受挫这一关联蛋白质动力学与催化能力的关键概念，指出蛋白质序列进化可调节局部受挫模式至近最优值以调控生物学相关动力学。
2025-07-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Optimal Strategy for Stabilizing Protein Folding Intermediates
本文证明在固定或自由终端时间下，以线性策略添加稳定剂来稳定蛋白质折叠中间体的最优控制属于Bang-Bang控制，并解析推导了最优切换时间及其相图，为蛋白质相关疾病治疗提供理论指导。
2024-07-28 math.OC q-bio.BM
A topological selection of folding pathways from native states of knotted proteins
了解蛋白质中结的生物学功能及其折叠过程是生物学中一个开放且具有挑战性的问题。最近的研究通过使用称为knotoids的拓扑对象分析蛋白质平面投影的分布来对打结蛋白质的拓扑和几何进行分类。我们的方法与相同的拓扑结构的蛋白质的分析，通过引入一个拓扑启发的统计度量之间的knotoid分布。我们检测三叶草蛋白质之间的几何差异，通过表征它们的纠缠，我们恢复聚类序列相似性。通过直接观察其天然状态的几何形状和拓扑结构，我们能够探测形成开放式三叶结的蛋白质的不同折叠途径。有趣的是，我们的管道揭示了浅结碳酸酐酶的折叠途径涉及双环结构的创建，与之前观察到的深结三叶蛋白不同。我们用分子动力学模拟验证了这一点。
2021-04-21 math.GT q-bio.BM
Minimal models for proteins and RNA: From folding to function
我们展示了粗粒度（CG）模型在研究蛋白质和RNA的折叠和功能方面的实用性的全景图。主要利用我们小组在过去20年中开发的方法，我们描述了一些关键应用，从二硫键蛋白质的折叠到分子机器的功能。提出的理论基础，证明使用CG模型，我们探讨了生物物理基础的出现有限数量的褶皱从晶格模型。折叠状态的晶格模型模拟方法表明，非本地的相互作用是相关的，只有在早期的折叠过程中-一个发现，合理化的成功，强调本地的相互作用的基于结构的模型。应用非晶格$C_α$和模型，明确考虑侧链（$C_α$-SCM）的折叠$β$-发夹和大分子拥挤的影响进行了简要讨论。通过描述绿色荧光蛋白（GFP）对机械力的响应，成功地应用了一类新的非晶格模型，称为自组织聚合物（SOP）。SOP模型的实用性进一步说明了澄清伴侣GroEL和运动的分子马达驱动蛋白的功能的应用程序。我们还提出了两种不同的RNA模型，即三位点相互作用（TIS）模型和SOP模型，探针迫使简单的发夹和{\it Azoarcus}核酶的解折叠和猝灭重折叠。SOP模型的基础上的预测表明，力诱导的核酶的解折叠途径可以显着改变通过改变加载速率。最后，我们讨论了未来的前景，使用粗粒度模型在解决生物学中的突出兴趣的问题。
2008-08-22 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
Do theoretical physicists care about the protein-folding problem?
预测蛋白质的生物活性天然构象是结构生物学的基本挑战之一。这个问题仍然没有解决，主要是由于三个因素：部分知识的有效自由能函数，支配折叠过程中，巨大的规模的构象空间的蛋白质和，最后，相对较小的差异之间的能量构象，特别是在本地的一个和那些组成的展开状态。在此，我们回顾的重要性，考虑到，在一个详细的方式，在蛋白质折叠的问题（如空间体积排阻，Ramachandran力，氢键，弱极性相互作用，库仑能或疏水吸引力）中涉及的许多相互作用，我们提出了一种策略，以有效地构建一个自由能函数，包括溶剂的影响，可以在数值上易于处理。必须指出的是，由于主要描述的内部自由能函数不包括天然构象的约束，它只能帮助达到“熔融球”状态。我们还讨论了我们物理学家如此热爱的简单模型的局限性和不足。
2004-09-24 cond-mat.soft q-bio.BM
Theoretical Perspectives on Protein Folding
了解单体蛋白在体外条件下如何折叠对于描述它们在细胞环境中的功能至关重要。在理论和实验方面的重大进展已经导致了一个概念框架来描述球状蛋白质的折叠机制。实验数据和理论方法揭示了蛋白质的多面性。蛋白质表现出仅使用氨基酸残基的数目（N）和聚合物概念就可以确定的普遍特征。蛋白质在变性和折叠状态下的大小、折叠转变的协同性、残基水平上的解链温度的分散性以及折叠的时间尺度在很大程度上由N决定。有限N的后果，特别是对如何个别残基顺序折叠取决于折叠状态的拓扑结构。这种复杂的细节可以使用分子转移模型来预测，该模型将模拟与蛋白质构件从水到所需浓度的变性剂的测量转移自由能相结合。通过观察一个分子折叠的时间，使用单分子的方法，理论上预期的异质性的折叠路线的有效性，和N-依赖的时间尺度的三个阶段的方法，以天然状态已经建立。尽管理论的成功，其中只有几个例子记录在这里，我们得出结论，还有很多工作要做，以解决“蛋白质折叠问题”在最广泛的意义。
2010-07-18 cond-mat.soft q-bio.BM
Protein folding tames chaos
蛋白质折叠从未折叠的多肽或无序卷曲产生特征性和功能性三维结构。蛋白质折叠过程中异常复杂性的出现对理论建模和计算机模拟提出了惊人的挑战。本文介绍了分子非线性动力学（MND）或分子混沌动力学，作为描述和分析蛋白质折叠的理论框架。我们揭示了折叠蛋白质混沌动力学中固有低维流形的存在。此外，我们发现，从无序到有序的构象在蛋白质折叠的过渡增加的ILDM的横向稳定性。换句话说，蛋白质折叠降低了非线性动力学系统的混沌性，折叠的蛋白质具有最好的驯服混沌的能力。此外，我们揭示了ILDM稳定性和热力学稳定性之间的联系，这使我们能够量化折叠，错误折叠和未折叠的蛋白质状态的无序性和相对能量。最后，我们利用混沌蛋白质的灵活性分析，并开发了一个强大的混沌算法预测的Debye-Waller因素，或温度因素，蛋白质结构。
2013-08-13 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
Molecular Dynamics Studies on HIV-1 Protease: Drug Resistance and Folding Pathways
对HIV-1蛋白酶的耐药性涉及蛋白质中多个突变的积累。在这里，我们调查这些突变的作用，通过使用分子动力学模拟，利用自然状态的拓扑结构在折叠过程中的影响。我们的计算表明，有助于FDA批准的药物的表型耐药的网站是部分折叠状态的稳定性最敏感的位置之一，并应在折叠过程中发挥相关作用。此外，在药物治疗下突变的氨基酸位点之间的关联显示出统计学相关性。临床数据和我们的计算之间惊人的相关性表明了一种新的方法来设计药物，以结合不仅对蛋白质功能而且对折叠至关重要的区域。
2001-01-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
Glassy Dynamics of Protein Folding
一个粗粒模型的随机多肽链，只有离散的扭转自由度和Hookean弹簧连接对疏水残基显示拉伸指数松弛下大都会动力学在低温下的指数$β\simeq 1/4$，与最好的实验结果一致。对于真实蛋白质，在高斯近似下计算的关于天然状态的波动的时间依赖的关联函数也被发现具有相同的函数形式。我们的研究结果表明，能源景观具有普遍的功能，在一个非常大的范围内的能源，是相对独立的具体动态。
1999-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Structural asymmetry along protein sequences and co-translational folding
蛋白质从N端翻译到C端，这就提出了一个基本问题，即这种先天的方向性如何影响它们的进化。为了探索这个问题，我们分析了蛋白质数据库（PDB）中的16，200个结构。我们发现$α$ -螺旋在C末端和$β$ -链在N末端显著富集。此外，这种$α$ - $β$不对称性与序列长度和接触顺序相关，这两个决定折叠速率的因素暗示了与共翻译折叠（CTF）的可能联系。因此，我们提出了“最慢优先”方案，即蛋白质序列进化出结构不对称性来加速CTF：最慢的协同折叠片段位于N末端附近，因此它们在翻译过程中有更多的时间折叠。一个唯象模型预测，CTF可以加速不对称，高达一倍的速度，折叠时间与翻译时间相称时，PDB的分析表明，结构不对称性确实是最大的，在这个政权。这种对应性在原核生物中更大，它们通常需要更快的蛋白质生产。总而言之，这表明加速CTF是一种重要的进化力量，其与稳定性和功能性的相互作用在序列不对称性中编码。
2021-03-16 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.PE
RNA under Tension: Folding Landscapes, Kinetic Partitioning Mechanism, and Molecular Tensegrity
非编码RNA序列在控制许多细胞功能中发挥着重要作用，因此需要定量详细了解其复杂的构象动力学。在这个角度来看，我们首先表明，单分子拉实验与理论和模拟相结合时，可以用来定量探索折叠景观的核酸发夹，核糖开关与三级相互作用。核糖开关是一种非编码RNA元件，通过响应代谢物的结合而经历动态构象变化来控制基因表达，核糖开关的应用导致了RNA组装由分离螺旋的稳定性决定的组织原理。我们还指出了单分子拉伸实验的局限性，分子延伸作为唯一可访问的参数，在提取RNA分子折叠景观的关键参数。
2012-11-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular Dynamics Simulation of Folding and Diffusion of Proteins in Nanopores
一种新的组合的不连续分子动力学和朗之万方程，连同一个中等分辨率的模型，被用来进行长（几个$μ$）模拟和研究折叠转变和运输的蛋白质在狭缝纳米孔。考虑蛋白质和孔壁之间的吸引（$U^+$）和排斥（$U^-$）相互作用势。在接近折叠温度$T_f$和存在$U^+$的情况下，蛋白质经历折叠/部分折叠/解折叠转变的重复序列，而$T_f$随着孔径的减小而减小。当存在$U^-$时，情况正好相反。蛋白质的有效扩散率$D$被计算为它们的长度（氨基酸基团的数目）、温度$T$、孔径和相互作用势$U^\pm$的函数。远离$T_f$，$D$随$T$（大致）线性增加，但由于热波动及其对$T_f$附近蛋白质结构的影响，该区域中$D$对$T$的依赖性是非线性的。在某些条件下，蛋白质在较小孔中的转运可以比在较大孔中的转运快{ \it}。
2008-01-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
