Radial distribution of RNA genome packaged inside spherical viruses
研究了RNA基因组包装在球形病毒内的问题。病毒衣壳被建模为中空的球体。RNA分子与病毒内部衣壳之间的吸引被认为是非特异性的，并且仅发生在内部衣壳表面。对于小的衣壳吸引，发现RNA分子的单体浓度在衣壳中心最大，以最大化其构型熵。对于更强的衣壳吸引力，RNA浓度在衣壳附近的某个距离处达到峰值。在后一种情况下，RNA二级结构的分支与其对内衣壳的吸附之间的竞争导致在衣壳表面附近形成致密的RNA层。层厚度是衣壳内径的缓慢变化（对数）函数。因此，对于RNA-衣壳相互作用的直接强度，包装在病毒内的RNA的量与衣壳{ \em面积}（或蛋白质的数量）而不是其体积成比例。数值曲线合理地描述了实验观察到的各种病毒的RNA核苷酸浓度曲线。
2008-02-21 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.QM
Finite Temperature Phase Behavior of Viral Capsids as Oriented Particle Shells
提出了一个通用的相图离散颗粒壳，允许壳的几何形状和颗粒间的连通性的热波动。相图包含一级熔融过渡，屈曲过渡和崩溃过渡，并用于解释微生物壳的热力学。
2020-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
RNA topology remolds electrostatic stabilization of viruses
简单的RNA病毒有效地将其基因组封装到纳米大小的蛋白质外壳中：衣壳。基因组和衣壳蛋白的自发共组装主要由带负电荷的RNA和带正电荷的内衣壳壁之间的静电相互作用驱动。使用场论公式，我们表明，固有的分支RNA二级结构允许病毒最大限度地提高封装的基因组的量，使组装更有效，允许病毒RNA在感染的宿主细胞中复制过程中竞争细胞RNA。
2016-01-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Landau Theory and the Emergence of Chirality in Viral Capsids
我们提出了一个广义的Landau-Brazovskii理论，用于手性分子在球面上的固化。随着球体半径的增加，人们遇到第一个区间，在那里出现了强大的非手性密度调制与二十面体对称性通过一阶跃。接下来，我们会遇到脆弱但稳定的二十面体结构仍然可以构造的区间，但只能通过多重不可约表示的叠加来构造。手性二十面体结构通过连续或非常弱的一级跃迁出现。在这些参数区间之外，二十面体对称性沿着三重轴或五重轴被破坏。理论的预测与最近的数值模拟进行了比较。
2016-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Role of reversibility in viral capsid growth: A paradigm for self-assembly
在亚微观尺度上的自组装是一个重要的，但很少了解的现象。一个突出的例子是病毒衣壳的生长，其基本行为可以使用组装成多面体壳的简单粒子来建模。在原子溶剂的存在下壳形成的分子动力学模拟提供了新的见解的自组装机制，特别是，增长收益通过级联的强烈可逆的步骤，尽管各种各样的可能的中间体，只有一小部分的高度键合的形式出现在路径上。
2008-10-03 cond-mat.soft
Modeling Viral Capsid Assembly
我提出了一个审查的理论和计算方法，已被用来模拟组装的病毒衣壳。我讨论的能力和局限性的方法，从平衡连续统理论的分子动力学模拟，我给了一些重要的结论概述病毒组装，从这些建模工作。主题包括空病毒壳的组装，围绕单链核酸组装形成病毒颗粒，以及围绕合成聚合物或纳米技术或生物医学应用的带电纳米颗粒组装。我提出了一些例子，其中建模的努力促进了实验的突破，以及方向，建模和实验之间的联系可以加强。
2013-01-08 cond-mat.soft q-bio.BM
Mechanical limits of viral capsids
本文利用计算机模拟的方法研究了病毒衣壳在外力作用下的弹性和机械稳定性。我们的方法允许实现对应于特定微结构的特定几何结构，例如$ϕ$ 29和CCMV。我们演示了如何在一个相结合的数值和实验方法的弹性参数可以确定高精度。实验观察到的双峰的弹性弹性常数示出的几何起源，即五价单位的存在下，在病毒壳。定义了衣壳破裂的标准，这很好地解释了实验观察到的破裂。从我们的数值计算中，我们发现断裂力对Föppl-von Kármán数（FvK）的依赖性是从$γ^{2/3}$到$γ^{1/2}$的交叉。对于填充的衣壳，高的内部压力导致具有屈曲基态的病毒比未屈曲的病毒更强的不稳定性。最后，我们展示了我们的数值计算的能量图可以用来提取信息的强度蛋白质-蛋白质相互作用的破裂实验。
2007-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft q-bio.BM
Polymer packaging and ejection in viral capsids: shape matters
我们使用一个介观模拟的方法来探索不同的衣壳几何形状的包装和不同的灵活性的聚合物的喷射动力学的影响。我们发现柔性聚合物的包装和顶出时间都更快。对于这样的聚合物，球体比椭球体更快地填充，更慢地膨胀。然而，对于半柔性聚合物，与DNA相关的情况，球体更容易包装和膨胀。我们解释我们的结果，同时考虑热力学和弛豫动力学的聚合物。这些预测可以通过在人工囊泡内使用合成聚合物的生物模拟实验进行测试。我们的研究结果表明，基因组可能已经进化成大致球形的形状，以优化基因组喷射的速度，这是感染的第一阶段。
2006-06-20 cond-mat.soft
Density waves theory of the capsid structure of small icosahedral viruses
我们应用朗道结晶理论来解释和分类具有球形拓扑结构和二十面体对称性的小病毒的衣壳结构。我们开发了一种明确的方法，预测的质量中心的位置的蛋白质组成的病毒衣壳壳。产生位置的相应密度分布函数具有普适形式，不需要任何拟合参数。该理论以统一的方式描述了满足和违反Caspar和Klug几何模型的结构，并讨论了病毒衣壳中蛋白质环境的准等价性和组装热力学的特殊性。
2006-11-24 cond-mat.soft
Dynamics of Self-Assembly of Model Viral Capsids in the Presence of a Fluctuating Membrane
一个粗粒度的计算模型被用来研究波动的流体膜的动态补丁粒子组装成病毒衣壳样核心的影响。从广泛的参数范围内的模拟结果，显示不同的相互作用强度，膜刚度和膜粘度的影响。此外，水动力相互作用的影响进行了研究。对膜的吸引可以促进组装，包括对于在本体中不发生的子单元相互作用强度，并且还可以减少单核组装时间。膜出芽率强烈增加的流体动力学相互作用。膜的变形速率在确定有限时间产率中是重要的。更高的速率可以减少组装的熵损失，并有助于将子单元朝向彼此引导，但也可能阻止部分芯完成。为了增加亚单元相互作用强度，确定了三种具有不同膜效应的制度。
2013-06-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A Liquid Crystal Model of Viral DNA Encapsidation
开发并测试了二十面体噬菌体病毒的液晶连续体建模框架。该模型的主要假设是封闭的DNA的有色柱状六边形结构，高抗弯曲性和相变从固体到类流体状态的浓度在感染过程中减少的DNA衣壳。该模型预测了衣壳内的渗透压和DNA的弹射力以及衣壳中心各向同性体积的大小。模型的扩展进行了讨论。
2017-12-02 cond-mat.soft
Nanorheology of viscoelastic shells: Applications to viral capsids
我们通过计算可渗透周围溶剂的粘弹性球形壳的机械响应函数和热波动谱，研究了纳米颗粒壳[Dinsmore等，Science 298，1006（2002）]和病毒衣壳[Ivanovska等，PNAS 101，7600（2004）]的微观流变学。我们分析确定的阻尼动力学的剪切，弯曲和压缩模式的壳耦合到内部和外部的球在零雷诺数限制的溶剂。我们确定的基本长度和时间尺度的系统，并计算热关联函数的位移的对跖点上的球和机械响应的捏力施加在这些点。我们描述了如何这样的频率依赖性的对跖相关性和/或响应函数，这应该是可测量的，在新的AFM为基础的微观流变学实验，可以探测这些合成和生物壳的纳米粒子构建的粘弹性。
2007-06-15 cond-mat.soft q-bio.SC
Structures of Spherical Viral Capsids as Quasicrystalline Tilings
具有二十面体对称性的球形病毒壳被认为是准晶镶嵌。类似于已知的卡斯帕-克卢格准等价理论，所提出的方法也最大限度地减少了蛋白质分子与其在壳中的邻居键合所需的构象的数量，但基于不同的几何原理。假设蛋白质分子中心位于具有相同边的瓦片的顶点处，并且不同瓦片类型的数量是最小的。得到了六种不同衣壳类型中不等价对称蛋白质位置的理想坐标。该方法以统一的方式描述了满足著名的卡斯帕-克鲁格几何模型的结构和与该模型相矛盾的结构。
2015-08-03 cond-mat.soft q-bio.BM
The effect of RNA stiffness on the self-assembly of virus particles
在许多体外条件下，一些小病毒自发地将单链（ss）RNA包裹到称为衣壳的蛋白质外壳中。虽然病毒RNA被发现是紧凑的和高度分支的，因为核苷酸之间的长距离碱基配对，最近的实验表明，在没有二级或更高级结构的ssRNA和病毒RNA之间的头对头竞争中，衣壳蛋白优先封装线性聚合物！本文研究了基因组刚性对RNA与衣壳蛋白复合物的解离自由能的影响。我们发现，由于碱基配对，有效链刚度的增加可能是在某些条件下线性链在支链上具有优势的原因，当涉及到双糖苷化效率。虽然分支使基因组更紧凑，但RNA碱基配对增加了RNA分子的有效库恩长度，这可能导致RNA限制的自由能增加，即RNA限制所需的功，从而降低包装效率。
2018-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Switchable Conformation in Protein Subunits: Unveiling Assembly Dynamics of Icosahedral Viruses
本文通过设计新型亚基并建立分子动力学模型，揭示了二十面体病毒衣壳沿基因组从无序片段到完美对称结构的组装路径，并结合小角X射线散射与冷冻电镜实验验证了RNA包装机制。
2024-08-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Fine Structure of Viral dsDNA Encapsidation
已知噬菌体病毒的dsDNA在衣壳中的体内构型形成六方有色液晶相。本文结合色模型和可变取向度的液晶模型，研究了病毒双链DNA在二十面体衣壳中的液晶有序性。后者的标量序参量使我们能够区分具有有序DNA的衣壳区域与无序的中央核心。我们采用了一种基于有限元法的最先进的数值算法，找到了平衡态的吸附的DNA和计算相应的压力。该方法采用面向数据的参数选择策略，根据相关无量纲参数，得到了压力和无序核半径的相空间，为噬菌体设计提供了初步工具.序参量的存在还具有允许非光滑衣壳结构域以及解释DNA的结位置的独特作用。
2019-02-25 cond-mat.soft
The role of packaging sites in efficient and specific virus assembly
在许多单链RNA病毒（包括许多人类病原体）的生命周期中，一种称为衣壳的蛋白质外壳自发地组装在病毒基因组周围。了解衣壳蛋白在不同宿主RNA中选择性地围绕病毒RNA组装的机制是病毒学中的一个关键问题。在一种提出的机制中，基因组RNA内的序列元件（包装位点）通过与衣壳蛋白的特异性相互作用促进快速有效的组装。在这项工作中，我们开发了一个粗粒度的粒子为基础的计算模型的衣壳蛋白和RNA，代表蛋白质-RNA相互作用所产生的非特异性静电和特定的包装网站的相互作用。使用布朗动力学模拟，我们探讨了组装的效率和特异性如何取决于溶液条件（控制蛋白质-蛋白质和非特异性蛋白质-RNA相互作用）以及包装位点的强度和数量。我们确定不同的区域在参数空间中，包装网站导致高度特异性的组装通过不同的机制，和其他包装网站导致动力学陷阱。我们将这些计算预测与特异性的体外测定相关，其中同源病毒RNA与非同源RNA竞争衣壳蛋白组装。
2015-02-17 cond-mat.soft q-bio.BM
Orientational Phase Transitions and the Assembly of Viral Capsids
在病毒外壳组装的背景下，我们提出了手性分子在球面上固化的广义朗道-布拉佐夫斯基自由能。我们遇到两种类型的二十面体凝固转变。第一种类型是从均匀到二十面体状态的常规一级相变。它可以用一个偶数$l$的二十面体球谐函数来描述。自由能中的手征赝标项产生具有手征特征的次级项，但不影响跃迁的热力学性质。第二种类型，与二十面体球谐函数与奇数$l$，是反常的。纯奇数$l$二十面体态是不稳定的，但如果与相邻的$l+1$二十面体球谐混合，则恢复稳定性，由非线性项产生。这与朗道理论的原则相冲突，即破缺跃迁的特征在于只有一个\textit{single}不可约表示的对称群的一致相，我们认为，这一原则应删除朗道理论。手性项现在直接影响跃迁，因为它提升了两个异构混合$l$二十面体态之间的简并度。只有在有限的参数范围内才有可能实现直接过渡。在这个范围之外，非二十面体状态介入。对于由$l=15$主导的衣壳组装的重要情况，发现介入状态是基于八面体对称性。
2017-01-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Viral self-assembly as a thermodynamic process
所有球形病毒的蛋白质外壳或衣壳都采用二十面体对称。本文提出了一个病毒自组装的统计热力学模型。我们发现，二十面体对称性是不预期的病毒衣壳构建从结构相同的蛋白质亚基，这种对称性需要（至少）两个内部的“开关”的蛋白质配置。我们的研究结果表明，二十面体对称性是不是一个通用的自由能最小化的后果，但需要优化的衣壳蛋白的内部结构参数。
2003-07-31 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Electrostatic theory of viral self-assembly: a toy model
病毒从相同的衣壳蛋白和它们的基因组自组装，所述基因组由例如长单链（ss）RNA组成。对于一大类T = 3病毒，衣壳蛋白具有长的正N-末端尾。我们探讨了正N-末端尾巴扎根在衣壳的内表面和负SS RNA分子的刷之间的库仑相互作用所发挥的作用。我们发现，当SS RNA的总轮廓长度接近尾部的总长度时，病毒是最稳定的。对于这种结构，总RNA电荷的绝对值大约是衣壳电荷的两倍。这一结论与结构数据一致。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Molecular dynamics characterization of the free and encapsidated RNA2 of CCMV with the oxRNA model
本文利用 oxRNA2 粗粒化分子动力学模拟和多尺度方法，系统表征了 CCMV RNA2 在自由折叠态与衣壳内构象差异，揭示衣壳内长程基序和假结的形成，并阐明 N 端尾部在衣壳静电建模中的关键作用。
2024-08-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Kinetics of viral self-assembly: the role of ss RNA antenna
有一大类病毒是由大量相同的衣壳蛋白和ss RNA自组装而成的，衣壳蛋白具有长而灵活的N-末端尾巴。我们研究了强库仑相互作用的积极的N-末端尾巴与SS RNA在体外病毒自组装的动力学的作用。衣壳蛋白粘附在未组装的ss RNA链上（我们称之为“天线”），并在其上滑向组装位点。我们发现，在过量的衣壳蛋白，这样的一维扩散加速自组装超过十倍。另一方面，当ss RNA过量时，天线减慢了自组装。提出了几个实验来验证ss RNA天线的作用。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Liquid-liquid phase separation enables highly selective viral genome packaging
针对病毒组装过程如何在大量细胞核酸中选择性包装自身基因组的问题，本文构建凝聚物耦合组装与包装的动力学模型，发现凝聚物通过偏好性分配病毒组分提升组装效率与选择性，为病毒组装机制提供新见解并为人工封装应用提供参考。
2025-08-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Quasi-Equilibrium Self-Assembly of Small RNA Viruses
我们提出了一个描述的准平衡自组装的小，单链（SS）RNA病毒的衣壳蛋白（CP）具有灵活的，带正电荷的，无序的尾巴，与带负电荷的RNA基因组分子。我们描述了这样的病毒的装配作为两个耦合的相变之间的相互作用一样的事件：由CP的蛋白质壳（衣壳）的形成和一个大的SS病毒RNA分子的缩合。CP之间的静电排斥与吸引性疏水相互作用和尾基介导的中和RNA片段之间的吸引性相互作用竞争。一个装配图是根据CP之间和CP与RNA分子之间的吸引力相互作用的强度推导出来的。它是比较与最近的研究结果的病毒组装。我们证明了传统的自组装理论，它描述了组装的\textit{empty}衣壳，是在一般情况下不适用于自组装的RNA-包埋病毒粒子。
2016-03-09 cond-mat.soft
Role of Genome in the Formation of Conical Retroviral Shells
人类免疫缺陷病毒（HIV）衣壳蛋白自发地围绕基因组组装成称为衣壳的保护性蛋白质外壳，其可以呈现各种形状，大致分为圆锥形、圆柱形和不规则形。在体内研究中看到的大多数衣壳是圆锥形的，而体外实验显示出对圆柱形衣壳的偏好。参与选择HIV衣壳独特形状的因素尚未完全了解，特别是RNA对衣壳形成的影响尚不清楚。在这项工作中，我们研究了基因组的作用和它的相互作用与衣壳蛋白的基因组RNA通过平均场论建模。我们的研究结果表明，限制在一个圆锥形的衣壳的均聚模型基因组的限制自由能低于在一个圆柱形的衣壳，至少当基因组不与衣壳相互作用，这似乎是在体内实验的情况下。相反，如果基因组被吸引到衣壳蛋白，如体外实验，圆柱体的限制自由能低于圆锥形衣壳。了解有助于形成圆锥形衣壳的因素可能有助于了解HIV颗粒的感染性。
2016-05-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Conformation of single-stranded RNA in a virus capsid: implications of dimensional reduction
树状聚合物在封闭体积中的统计力学与RNA病毒中基因组的包装有关。利用这个系统的大配分函数映射到两个较少的空间维度中的硬核气体的统计力学上，并利用为评价一维硬棒气体的平衡性质而开发的技术，我们展示了如何确定两个壁之间的有根排除体积应力的集合的密度和其他关键性质，在存在和不存在一维外部电势的情况下。我们发现，有点令人惊讶的是，在关键量的情况下，排除体积的统计力学，随机支化聚合物映射到一个不受限制的线性聚合物的相应问题。
2008-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.SC
Why large icosahedral viruses need scaffolding proteins: The interplay of Gaussian curvature and disclination interactions
虽然小的单链病毒外壳自发地使它们的基因组发生变性，但许多大型病毒，如疱疹病毒或传染性法氏囊病病毒（IBDV），通常需要由支架蛋白或内核组成的模板。尽管自然界中大型病毒的增殖，但数百或数千个蛋白质组装形成具有二十面体序（IO）的结构的机制是完全未知的。使用连续弹性理论，我们研究了大的病毒壳（衣壳）的生长，并表明，一个非特异性的模板不仅选择半径的衣壳，但导致错误的蛋白质亚基组装成衣壳与通用IO。我们证明，作为一个球冠的增长，有一个深的潜在的位置的向错，后来在组装过程中将成为一个二十面体的顶点。此外，我们引入了一个极小模型，并在非平衡条件下模拟了病毒壳在模板周围的组装，发现连续弹性理论的结果和数值模拟之间的完美匹配。除了解释现有的实验结果，我们提供了一些新的预测。球形晶体中的其他问题的影响也进行了讨论。
2018-09-06 cond-mat.soft physics.bio-ph
Effects of RNA branching on the electrostatic stabilization of viruses
许多单链（ss）RNA病毒从衣壳蛋白亚基和核酸自组装以形成感染性病毒体。据信，带负电荷的RNA和带正电荷的病毒衣壳蛋白之间的静电相互作用驱动了包装，尽管越来越多的证据表明病毒RNA的序列也在包装中起作用。特别地，该序列将决定ssRNA在溶液中可能采用的二级结构。在这项工作中，我们使用平均场论来研究如何结合静电相互作用的RNA的二级结构影响组装的效率和组装的病毒粒子的稳定性。我们表明，RNA的二级结构可能会导致负渗透压，而线性聚合物在相同的条件下会导致正渗透压。这可能表明，分支结构使RNA更有效地包装和病毒粒子更稳定。
2016-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A simple model for the kinetics of packaging of DNA in to a capsid against an external force
我们提出了一个简单的动力学模型来描述病毒DNA在抵抗试图阻止它的外力的作用下包装到衣壳中的动力学，该模型导致包装速率对拉力F的Butler-Volmer型依赖性。
2002-01-09 cond-mat.soft q-bio
Viral RNA as a branched polymer
本章探讨如何通过平面图将病毒长 RNA 分子视为支化聚合物，揭示其特征性紧凑度，并展示如何结合聚合物物理学已知结果与额外相互作用来扩展该模型。
2023-03-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Thermodynamics of DNA packaging inside a viral capsid: the role of DNA intrinsic thickness
我们描述了一个厚的聚合物局限在一个球形区域的空间的平衡热力学。这是用来深入了解DNA包装过程。本研究的实验参考系是$ϕ$ 29噬菌体衣壳内基因组加载过程的最新表征。我们的重点是双链DNA作为一个灵活的厚聚合物（管），而不是珠和弹簧链的建模。通过使用有限尺寸标度外推我们的结果适合于$ϕ$ 29的基因组长度，我们发现，厚度引起的力可能占高达一半的实验测量在高包装密度。一个类似的协议被发现的总工作，必须花费在包装过程中。值得注意的是，这种协议可以在没有任何可调参数的情况下获得，并且仅仅是DNA厚度的结果。此外，我们提供了一个定量估计的持久性长度的聚合物取决于它的厚度。该表达式解释了单链和双链DNA的持续长度的显著差异（再次使用其各自部分的唯一输入和天然核苷酸/碱基对间距）。
2003-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Effects of Rim Fluctuations in Classical Nucleation Theory of Virus Capsids
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Institut de Physique Théorique, CNRS, CEA, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学理论物理研究所）；Great Bay University（大湾区大学）
研究通过引入壳体边缘热波动扩展经典成核理论，揭示波动对病毒壳体成核和生长的影响机制。
2026-03-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
The Spanning Tree Model for the Assembly Kinetics of RNA Viruses
我们提出了一个简单的动力学模型的小单链RNA病毒，可用于进行分析包装不同类型的RNA分子之间的竞争组装。RNA的选择机制是纯粹的动力学和基于组装能量分布之间的微小差异。赢得这些包装竞赛的RNA分子的特征在于具有最小的“最大阶梯距离”和最大的“包裹数”。前者是测量基因组分子的“分支性”的拓扑不变量，而后者测量基因组分子与衣壳蛋白最大结合的能力。该模型还可以用于研究成核和生长理论对病毒组装的适用性，病毒组装随着RNA-蛋白质相互作用强度的增加而破裂。
2021-02-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
Self Consistent Field Theory of Virus Assembly
基态优势近似（GSDA）已被广泛用于研究病毒外壳的组装。在这项工作中，我们采用自洽的场论（SCFT），研究吸附的RNA上带正电荷的球形病毒壳和检查的条件下，GSDA不适用，SCFT已被用来获得一个可靠的解决方案。我们发现，有两个制度中，GSDA确实工作。第一，当基因组RNA长度与衣壳半径相比足够长时，第二，当基因组和衣壳之间的相互作用如此强烈以至于基因组基本上位于壁附近时。我们发现，对于RNA或多或少均匀分布在壳中的情况，无论RNA的长度如何，GSDA都不是一个很好的近似。我们观察到，随着聚合物-壳层相互作用的增强，基态和第一激发态之间的能隙增大，从而GSDA成为一个更好的近似。我们还提出了我们的结果对应的基因组持久性长度通过切线-切线相关长度，并表明它是零的情况下，GSDA，但等于倒数的能隙时，使用SCFT。
2017-12-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
Icosahedral packing of RNA viral genomes
最近的研究表明，某些病毒以反映蛋白质容器或衣壳的二十面体对称性的方式包装其基因组的一部分。图论的限制禁止二十面体对称的精确实现。本文提出了一个确定拟二十面体基因组结构的模型，并讨论了基因组结构与病毒组装动力学之间的联系。
2003-01-16 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ion-dependent DNA Configuration in Bacteriophage Capsids
噬菌体将它们的长dsDNA基因组密集地包装在蛋白质衣壳内。衣壳内病毒基因组的构象与六方液晶结构一致。实验已经证实，六边形堆积的细节取决于衣壳的电化学及其环境。在这项工作中，我们提出了一个生物物理模型，量化的DNA配置内的噬菌体衣壳和生物系统中存在的离子的类型和浓度之间的关系。我们介绍了一个表达式的自由能结合的静电能与贡献弯曲的个别片段的DNA和这些片段之间的Lennard-Jones型相互作用。这个能量的平衡点解决了一个偏微分方程，该方程定义了DNA和衣壳内离子的分布。我们开发了一种计算方法，使我们能够模拟更大的系统比目前可能使用现有的模拟，通常在分子水平上完成。特别是，我们能够估计DNA片段之间的弯曲和排斥，以及溶液的全部电化学，包括衣壳的内部和外部。数值结果与已有的实验和小衣壳的分子动力学模拟结果吻合较好。
2020-11-24 cond-mat.soft
Thermodynamics of nano-spheres encapsulated in virus capsids
我们研究了功能化带电纳米球与病毒蛋白络合的热力学。这个问题的物理学是由蛋白质和纳米球核心（由盐离子屏蔽）之间的静电相互作用决定的，但也由带电蛋白质N-尾的构型自由度决定。我们通过构造一个合适的络合自由能泛函来解决这个问题。在此功能的数值和分析研究的基础上，我们构建了包含组装结构的信息的组装相图，该组装结构出现在结晶平衡中，取决于纳米球核心的大小和表面电荷密度。我们发现，纳米球核心电荷以及其半径决定了核心周围形成的衣壳的大小。
2009-11-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The unknotted strands of life: knots are very rare in RNA structures
目前正在进行的检测和表征生物聚合物中的物理缠结的努力已经确定，结存在于许多球状蛋白质中，也大量存在于包装在噬菌体内的病毒DNA中。另一方面，RNA分子还没有被系统地筛选出物理结的出现。因此，我们对蛋白质数据库中存在的约6，000种RNA结构进行了系统分析。搜索发现不超过三个深打结的RNA分子。这些是通过冷冻-em溶解的核糖体RNA，由大约3，000个核苷酸组成。因此，与蛋白质和病毒DNA的情况相比，观察到的RNA结的发生率实际上可以忽略不计。这表明，无论是进化选择，或热力学和动力学折叠机制的作用，以尽量减少RNA的纠缠的程度是无与伦比的其他类型的生物分子。观察到的三种RNA打结模式的性质为设计能够在扭结折叠中自打结的RNA序列提供了有价值的线索。
2014-10-06 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Entropic control of particle sizes during viral self-assembly
在所有病毒家族中都观察到形态多样性。然而，这些超分子组装大多数时候是通过复杂的分子自组装方案以自发的方式产生的。这些现象的建模仍然是一个具有挑战性的问题，在新兴领域的物理病毒学。在这项工作中，我们提出了一个理论分析，旨在突出的特殊作用，配置熵的病毒颗粒大小分布的控制。专门这个模型的逆转录病毒，如HIV-1，我们预测一个新的机制熵控制RNA摄取到病毒颗粒，和颗粒的大小分布。最近有实验报告证明了这种奇特的行为。
2013-02-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
2D capsid formation within an oscillatory energy landscape: orderly self-assembly depends on the interplay between a dynamic potential and intrinsic relaxation times
本文研究二维衣壳模型在振荡能量景观中的自组装，发现振荡周期与本征弛豫时间的相对关系决定组装行为，相近周期可通过弱吸引半周期纠错优化有序组装。
2024-07-24 cond-mat.soft
Pathways for virus assembly around nucleic acids
了解病毒衣壳蛋白围绕其基因组组装的途径可以确定作为潜在药物靶点的关键中间体。在这项工作中，我们使用计算机模拟来表征组装在广泛的衣壳蛋白质相互作用强度和溶液离子强度。我们发现，组装途径可以分为两类，其中中间体是主要有序或无序。我们的研究结果表明，估计蛋白质-蛋白质和蛋白质-基因组结合亲和力可能足以预测哪种途径发生。此外，计算出的相图表明，知识的主导组装途径及其与控制参数的关系，可以确定最佳的策略，以阻止或重定向组装，以阻止感染。最后，模拟轨迹的分析表明，这两类组装途径可以区分在单分子荧光相关光谱或批量时间分辨小角度X射线散射实验。
2014-05-13 cond-mat.soft 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
How a Virus Circumvents Energy Barriers to Form Symmetric Shells
以往的自组装实验在一个二十面体的模式植物病毒已经表明，在生理条件下，衣壳蛋白最初结合到基因组，通过一个envelope机制，并形成一个无序状态的核蛋白复合物，这就提出了问题，病毒粒子是如何组装成一个高度有序的结构在宿主细胞。使用小角X射线散射，我们发现，在生理条件下，在衣壳蛋白浓度增加时，发生无序-有序过渡。我们的冷冻透射电子显微镜显示，即使在pH 7.5的封闭的球形壳含有体外转录的病毒RNA，与以前的观察结果形成鲜明对比。我们使用蒙特卡罗模拟来解释这种无序-有序的转变，并发现，随着壳的生长，无序的中间体的结构，其中五聚体的分布不属于二十面体的子群变得非常不利的能量，帽可以很容易地解离和重新组装，克服形成完美的二十面体壳的能量障碍。此外，我们监测的条件下，成核和生长的衣壳的生长是占主导地位的途径，并表明，在两个england和成核和生长途径的无序-有序转变的关键在于弹性能的强度相比，在系统中的其他力量，包括蛋白质-蛋白质相互作用和化学势的自由亚基。我们的发现至少部分解释了为什么具有二十面体有序结构的完美病毒体在不同的条件下形成，包括生理条件。
2020-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A model of HIV budding and self-assembly, role of cell membrane
从宿主细胞的质膜出芽是人类免疫缺陷病毒（HIV）生命周期中不可或缺的一步，HIV属于包膜RNA病毒（逆转录病毒）的大家族。与常规包膜病毒不同，逆转录病毒出芽与逆转录病毒蛋白亚基（Gags）在细胞膜上自组装成球形病毒衣壳{ \em同时}发生。在这种独特的出芽和组装机制的引导下，我们研究了逆转录病毒出芽的自由能分布，同时考虑到Gag-Gag吸引能和膜弹性能。我们发现，如果Gag-Gag吸引力很强，萌芽总是进行到完成。在出芽初期，部分出芽衣壳的天顶角$α$随时间增加，为$α\propto t^{1/3}$。然而，当Gag-Gag吸引力较弱时，就会出现部分萌芽的亚稳态。这些部分球形衣壳的天顶角由线性近似的$α_0\simeq(τ^2/κσ)^{1/4}$给出，其中$κ$和$σ$是膜的弯曲模量和表面张力，并且$τ$是与Gag-Gag吸引力的强度成比例的衣壳的线张力。在数值上，我们发现$α_0<0.3π$没有任何近似。使用实验参数，我们表明，艾滋病毒的出芽和组装总是在正常的生物条件下进行完成。另一方面，通过改变Gag-Gag相互作用强度或膜刚度，相对容易在完全出芽和部分出芽之间来回调节。我们的模型与观察包括HIV在内的逆转录病毒部分出芽的实验相当吻合。
2008-03-19 cond-mat.soft q-bio.SC
ANNaMo: Coarse-grained modelling for folding and assembly of RNA and DNA systems
本文提出一种基于补丁粒子和最近邻参数化的粗粒化模型ANNaMo，用于高效模拟RNA/DNA折叠与组装，并通过发夹、假结及toehold置换等实验验证其有效性。
2024-02-06 cond-mat.soft
