Comments on Nonrenewal Statistics in the Catalytic Activity of Enzyme Molecules at Mesoscopic Concentrations
众所周知，在酶动力学中，Michaelis-Menten（MM）方程仅适用于稳态酶。我们表明，在以前的工作中得到的结果[物理。107，218301（2011）]与MM方程不一致，不是因为作者认为酶系统处于介观浓度，而是因为他们认为酶系统处于非稳态。底物浓度依赖的平均周转时间是，事实上，在稳定状态下的MM方程一致，无论系统中的酶的数量。
2017-03-13 physics.bio-ph physics.chem-ph
Simulating nuclear and electronic quantum effects in enzymes
精确处理导致酶中化学反应性增强的结构和动力学需要明确处理电子和核量子效应。前者可以在从头计算分子动力学（AIMD）模拟中捕获，而后者可以通过执行从头计算路径积分分子动力学（AI-PIMD）模拟来包含。传统上，AIMD和AI-PIMD模拟对于大型酶系统都是计算上禁止的。流计算机架构和新算法的最新发展，以加速路径积分模拟现在使这些模拟实际的生物系统，允许酶反应的阐明前所未有的细节。在本章中，我们总结了这些最新的发展，并讨论了应用AIMD和AI-PIMD模拟酶的实际考虑。
2022-08-25 physics.bio-ph physics.chem-ph
Asymmetric enzyme kinetics of F1-ATPase induced by rotation-assisted substrate binding
本文通过实验与理论模型揭示F1-ATPase在ATP合成与水解中呈现不对称动力学，提出旋转辅助底物结合机制解释低浓度下合成速率维持现象，为理解其调控机制提供新见解。
2025-05-21 physics.bio-ph
Accurate QM/MM Molecular Dynamics for Periodic Systems in \textsc{GPU4PySCF} with Applications to Enzyme Catalysis
本文在GPU4PySCF中实现了面向周期性体系的精确QM/MM分子动力学方法，结合分布式多极静电和赝键边界处理，并应用于分支酸变位酶催化动力学研究，揭示了速率对量子方法、区域选择和蛋白构象的敏感性。
2024-11-22 physics.bio-ph physics.chem-ph
Auditing Haldane Consistency in Reversible Enzyme Kinetics: A Curated Two-Sided Backbone and a Labeled Fold-Error Benchmark
Recognition Physics Institute（识别物理研究所）
研究通过霍尔丹关系审核可逆酶动力学常数，用互易成本作为校准对称报告尺度，应用于示范集并构建双边主干，还通过半合成基准量化可检测性，贡献包括生化整理、可重复工作流程及折叠误差校准。
2026-07-07 physics.bio-ph physics.chem-ph
Single-enzyme kinetics with branched pathways: exact theory and series expansion
通过单一酶将底物催化转化为产物的连续轮次的进程的特征在于周转时间的分布。建立这种分布对底物浓度[S]的依赖性的最一般形式是单分子酶学中的基本挑战之一。分子马达在其轨道上连续位置的停留时间的分布是一个类似的量。我们推导出[ATP]依赖的前两个时刻的停留时间分布的电机，催化水解ATP绘制输入能量的近似级数展开。我们的结果与分支途径的马达和线性酶途径的相应的表达之前报道的比较提供了深入了解分支的影响。这样的洞察力可能有助于发现这些基本分布的[S]依赖性的最一般形式。
2014-12-10 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Field theory of enzyme-substrate systems with restricted long-range interactions
本文构建具有受限长程相互作用的酶-底物动力学场论模型，利用相干态路径积分和重整化群揭示占据率随时间的幂律增长及短、长程两种空间关联衰减规律。
2024-01-18 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermodynamic validity criterion for the irreversible Michaelis-Menten equation
酶动力学通常由不可逆的Michaelis-Menten（MM）方程表征。然而，在开放的化学反应网络，如代谢途径，这种方法可能会导致显着的动力学和热力学不一致。基于非平衡化学热力学的最新发展，我们提出了一个完全用酶催化反应的平衡常数表示的有效性判据。当满足时，它保证了不可逆MM方程产生动力学和热力学数据的能力，这些数据在合理的浓度范围内是定量可靠的。因此，我们的有效性标准是一个宝贵的工具，以确保可靠的动力学和热力学建模的途径。我们还表明，它正确地识别糖酵解和克雷布斯循环中所谓的不可逆酶促反应。
2020-06-11 physics.bio-ph physics.chem-ph
A Random Force is a Force, of Course, of Coarse: Decomposing Complex Enzyme Kinetics with Surrogate Models
与监测表征酶的构象波动的序参量相关的时间自相关（AC）函数使用代理模型的集合进行分析。所考虑的代理是唯象随机微分方程（SDD）模型。它演示了如何合奏这样的代理模型，每个代理被校准从一个单一的轨迹，间接包含有关未解决的构象自由度的信息。该集成可用于构建与“非马尔可夫”过程相关联的复杂时间AC。替代方法的合奏允许研究人员考虑模型比指数的混合更灵活，以描述弛豫时间，同时获得有关系统的物理信息。这种类型的分析，以匹配单分子实验的计算机模拟，以及如何更复杂的随机过程可以出现从一个简单的过程的混合物的相关性也进行了讨论。的想法说明了一个玩具模型和分子动力学模拟的酶二氢叶酸还原酶。
2009-06-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Generalized Haldane Equation and Fluctuation Theorem in the Steady State Cycle Kinetics of Single Enzymes
酶动力学是循环的。我们研究了一个马尔可夫更新过程模型的单酶营业额在非平衡稳态（NESS）与持续浓度的底物和产品。我们证明了前向和后向循环时间具有相同的非指数分布：$\QQ_+(t)=\QQ_-(t)$。该方程推广了可逆酶动力学中的Haltenic关系式。根据正向（$p_+$）和反向（$p_-$）循环的概率，$k_BT\ln(p_+/p_-)$被证明是NESS的化学驱动力$Δμ$。更有趣的是，基板周期$ν(t)$，$<e^{-λν(t)}>$的随机数的矩生成函数遵循的波动定理的形式的Kurchan-Lebowitz-Spohn型对称。当$λ$ = $Δμ/k_BT$时，我们得到Jarzynski-Hatano-Sasa型等式：对于所有的$t$，$<e^{-ν(t)Δμ/k_BT}>$ $\equiv$ 1，其中$νΔμ$是为维持NESS所做的波动化学功。该理论提出了通过单分子酶学从周转数据实验确定非平衡驱动力{ \it原位}的可能方法。
2006-07-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Non-renewal statistics in the catalytic activity of enzyme molecules at mesoscopic concentrations
最近的荧光光谱测量单酶动力学表明，酶的周转形成一个更新的随机过程，其中周转之间的平均等待时间的倒数遵循Michaelis-Menten方程。然而，在典型的生理条件下，成千上万的酶在催化成千上万的底物中反应。我们研究酶动力学在这些生理相关的条件下，通过主方程，包括随机性和分子离散性。从主方程的精确解，我们发现，等待时间既不是独立的，也不是同分布的，这意味着酶周转形成一个非更新的随机过程。平均等待时间的倒数显示出与Michaelis-Menten方程的强烈偏离。连续失误之间的等待时间是反相关的，其中短间隔更有可能跟随长间隔，反之亦然。相关性持续超过连续的营业额表明，多尺度波动支配酶动力学。
2011-10-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
Reaction-induced molecular dancing and boosted diffusion of enzymes
本文提出一种不依赖自推进的反应诱导分子运动新机制，通过构象转变与旋转扩散耦合产生分子舞动，从而增强酶扩散，并解释了跳跃、反趋化等实验现象。
2023-04-18 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.class-ph
On the minimal model of kinetic cooperativity. The case of glucokinase
本文分析了单聚体酶动力学协同性的最小3态模型，确立了正协同性判据，指出其难以定量描述葡糖激酶等真实酶反应。
2023-10-24 physics.bio-ph q-bio.BM
Kinetic Model for a Threshold Filter in an Enzymatic System for Bioanalytical and Biocomputing Applications
最近实验观察到的生化“阈值过滤”机制的酶催化的苹果酸脱氢酶的过程中解释的模型，该模型采用了一种不寻常的机制，抑制这种酶，具有可逆的作用机制。以葡萄糖脱氢酶的生物催化过程为输出信号，对实验数据进行了分析，验证了模型的有效性。我们还确定，在没有额外抑制的情况下，输出产物向另一种化合物的快速可逆转化本身不能导致过滤。
2014-11-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.MN
Transients generate memory and break hyperbolicity in stochastic enzymatic networks
催化速率对底物浓度的双曲线依赖性是酶动力学中的经典结果，由著名的Michaelis-Menten方程量化。这种关系在不同的化学和生物学背景下的普遍存在，最近已经合理化的确定性反应网络的图论分析。然而，实验已经揭示，“分子噪声”--分子尺度上的内在随机性--导致与经典结果的显著偏差，并导致意想不到的效应，如“分子记忆”，即，营业额事件之间的统计独立性的崩溃。在这里，我们表明，通过一种新的分析方法，记忆和非双曲性有一个共同的来源，在一个初始的，可观察到的长，瞬态特有的随机反应网络的多个酶。单一酶的网络不允许这样的瞬变。瞬态产量，渐近，到一个稳定的状态，记忆消失和双曲恢复。我们提出了新的统计措施，定义在周转时间，以区分瞬态和稳态，并将这些实验数据从一个具有里程碑意义的实验，首先观察到分子记忆在一个单一的酶与多个结合位点。我们的研究表明，在分子水平上的催化与一个以上的酶总是包含一个非经典的制度，并提供了洞察如何达到经典的限制。
2020-10-02 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Thermodynamics of accuracy in kinetic proofreading: Dissipation and efficiency trade-offs
生物信息转录过程表现出的高准确性是由于动力学校对，即，通过一种机制，通过使信息处理过程失去平衡来降低错误率。我们提供了一个一致的热力学描述酶辅助组装过程中涉及竞争底物，在主方程框架。我们引入并评估了一个基于严格非平衡不等式的有效性度量。因此，几个校对模型的性能进行了分析和相关的时间，耗散和效率与错误的权衡表现为不同的歧视制度。最后，我们介绍和分析在同一框架内，一个简单的模型，考虑到连续的酶辅助组装步骤之间的相关性。这项工作突出了活力和动力学歧视制度之间的区别在酶-底物相互作用的相关性。
2015-04-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Proofreading through spatial gradients
生物学中的关键酶过程使用称为动力学校正的非平衡误差校正机制来增强其特异性。动力学校正通常需要酶中的几个专用结构特征，例如核苷酸水解位点和延迟产物形成的多种酶-底物构象。这些要求限制了传统校对方案的适用性和适应性。在这里，我们探讨了一种替代的概念性纠错机制，通过使这些事件发生在不同的物理位置，实现了底物结合和随后的产物形成之间的延迟。利用酶-底物复合物从一个位置扩散到另一个位置所花费的时间来丢弃错误的底物。这种机制不需要酶上的专用结构元件，使其在实验中更容易被忽略，但也使校对在飞行中可调。我们讨论了如何调整酶或底物浓度梯度的长度尺度改变保真度，速度和能量耗散，并量化的性能限制所施加的现实扩散和反应速率在细胞中。我们的工作拓宽了动力学校对的适用性，并设置了空间梯度的研究作为一个可能的途径特异性的阶段。
2020-05-23 physics.bio-ph q-bio.MN
ATP Synthase: A Moonlighting Enzyme with Unprecedented Functions
ATP合酶的内在分子静电势（MESP）建设性地增加，因此加强，化学渗透电压。这个ATP合酶电压代表了一个新的自由能术语，似乎被忽视了。这一项至少在数量级上大致相等，符号上与麦克斯韦妖（Landauer原理）所需耗散的能量相反。
2022-02-22 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
A molecular perspective on the limits of life: Enzymes under pressure
从纯粹的操作角度来看，可以在极端条件下生长的微生物或“极端微生物”的存在导致了组成这些微生物的分子如何保持其结构和功能的问题。虽然生活在极端温度下的微生物已经得到了大量的研究，但生活在极端压力下的微生物却被忽视了，部分原因是在微生物的环境条件下收集样品和进行实验的困难。然而，热力学参数意味着压力的影响可能会导致不同的有机体解决方案比温度的影响。从观察上讲，这些解决方案中的一些可能是在凝聚态的性质，细胞内环境中的大分子或大分子的修复机制的遗传修饰。在这里，压力对酶的影响，这是一个有机体的生长和繁殖所必需的蛋白质，以及对这些影响的一些适应审查和放大的结果从分子动力学模拟。目的是为压力下这些系统的软物质研究提供生物学背景。
2016-03-22 cond-mat.soft physics.bio-ph
Quantifying the Heat Dissipation from a Molecular Motor's Transport Properties in Nonequilibrium Steady States
理论分析，映射到单循环马尔可夫过程的分子马达的单分子时间轨迹，使我们能够评估从电机耗散的热量，并阐明其依赖于平均速度和扩散率。与处于平衡状态的被动布朗粒子不同，分子马达的速度和扩散常数是相互关联的。特别是，我们的研究清楚地表明，随着产热的扩散率的增加是活性颗粒的自然结果，这让人想起最近的实验前提，即放热酶的扩散是由其自身催化周转释放的热量增强的。与自由扩散的放热酶相比，动力学仅限于一维轨道的驱动蛋白-1在将构象波动转化为局部定向运动方面非常有效，从而显示出显著更高的扩散率及其周转率的增强。将分子发动机和自由扩散酶放在同等的地位，我们的研究为理解放热酶的热增强自扩散提供了热力学基础。
2016-12-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Biological molecular machines can process information to reduce energy losses
生物分子机器是同时催化两个过程的酶，一个过程提供自由能，另一个过程接受自由能，最近的研究表明，大多数天然蛋白质酶具有丰富的随机动力学，通常表现为催化过程的波动速率和瞬时非遍历性导致的短期记忆的存在。对于这样的动态，我们证明了广义波动定理预测可能减少能量耗散的代价是创建一些信息存储在内存中。在一个模型临界复杂网络上的随机游走的计算机模拟中，验证了理论关系。记忆的短暂利用可能对蛋白质马达的运动至关重要，也是大多数蛋白质机器以二聚体或更高组织的组装体形式运行的原因。从更广泛的物理观点来看，自由能分为操作能和组织能是值得强调的。信息可以被赋予这两种状态函数值变化的物理意义。
2018-12-20 physics.bio-ph physics.chem-ph
Surface-dependent Coagulation Enzymes: Flow Kinetics of Factor Xa Generation on Live Membranes
在流动条件下检查了活细胞膜上的外源性凝血途径的初始表面反应。在总表面积为41-47 cm $^{2}$的球形单层上皮细胞上测量fXa（活化凝血因子X）的产生，所述上皮细胞以$>25$ fmol/cm $^{2}$表达TF（组织因子）。用放射性标记蛋白和显色底物以2-8 s的分辨率监测反应物和产物的浓度随时间的变化。在fVIIa和fX的生理浓度下，反应速率为$3.05 \pm 0.75$ fmol fXa/s/cm $^{2}$，与通量无关，比碰撞限制反应的预期速率慢10倍。在0.6-25 fmol/cm $^{2}$范围内，速率也与表面fVIIa浓度无关。相对于非反应示踪剂或预先形成的fXa的渡越时间，在反应室上激活的fX的渡越时间延长。采用一组非线性动力学方程和滞后正态密度曲线对膜反应进行建模，以跟踪各种假设反应机理的反应物的预期表面浓度。只有当模型使用一个缓慢的中间反应步骤时，实验结果才能从理论上预测出来，这与表面扩散一致。这些结果提供的证据表明，在膜内的底物转移是限速的动力学机制，导致启动血液凝固的组织因子途径。
2001-08-31 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
A multi-resolution model to capture both global fluctuations of an enzyme and molecular recognition in the ligand-binding site
在多分辨率仿真中，不同的系统组件以不同的分辨率水平同时建模，这些组件被平滑地耦合在一起。在酶系统的情况下，需要在活性位点中计算昂贵的原子细节以捕获底物结合的化学反应。蛋白质其余部分的全局特性也发挥着重要作用，决定了结合位点的结构和波动;然而，这些可以在更粗糙的水平上建模。类似地，在计算效率最高的方案中，只有使活性位点水合的溶剂需要原子细节。我们提出了一种方法来耦合原子和粗粒度的蛋白质模型，而在原子水溶解的蛋白质的原子部分。这允许自由选择原子地包括哪些蛋白质和溶剂自由度，而不会损失原子描述的准确性。这种多分辨率的方法可以成功地模拟稳定的配体结合，我们进一步确认其有效性，通过探索相关的酶功能的系统特性。除了计算加速之外，这种方法还可以识别在给定过程中发挥作用的基本自由度，从而可能对生物分子功能产生新的见解。
2016-11-02 physics.bio-ph q-bio.BM
Information propagation in time through allosteric signaling
简单地说，人们期望由嵌入酶的信号网络中的下游酶传递的信息随着酶的产物形成速率单调增长。然而，在这里，我们观察到，这并不一定适用于变构调节酶，经常在信号网络中观察到。特别是，我们发现，变构调节的酶的催化位点之间的相互信息和受体蛋白下游的信号通路依赖于不同的变构调节状态的酶和它们各自的产品形成率之间的过渡动力学。令人惊讶的是，我们的工作意味着，变构下调酶的产物形成速率可能不仅是一种沉默本身的方式，因为人们通常会期望。相反，下调也可用于增加由该酶传递到信号传导途径下游的接收蛋白的信息。
2020-01-28 physics.bio-ph q-bio.MN
Glucose oxidase immobilization onto carbon nanotube networking
在制备基于单壁碳纳米管（SWNTs）的生物传感器时，必须解决目标生物分子在纳米管表面的固定化这一重要问题。在这项工作中，酶（葡萄糖氧化酶（GOX））被固定在纳米管网络的表面上，这是通过喷雾法从1，2-二氯苯溶液中沉积纳米管而产生的。1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯（PSE）被用来形成分子界面，其双功能分子提供与酶壳的共价结合，其另一部分（芘）被吸附到纳米管表面。首先，这种分子界面的使用排除了酶（在这种情况下，其活性降低）在纳米管表面上的直接吸附，其次，它确保了酶在纳米管附近的定位。原始纳米管的共振拉曼（RR）光谱与其在PSE环境中的光谱的比较证明了由SWNT与PSE分子形成的纳米混合物的产生，这提供了进一步的酶固定化。由于SWNT：PSE：GOX膜的RR光谱与SWNT：PSE膜的RR光谱没有本质上的不同，这表明分子界面（PSE）足够强地将酶与纳米管隔离。由于PSE沿碳纳米管的GOX的有效固定化证实与原子力显微镜图像。分子动力学的方法使我们能够建立在水环境中创建的单壁碳纳米管：PSE：GOX的结构，并确定杂化组件之间的相互作用能。此外，单壁碳纳米管网络的导电性与吸附PSE和GOX分子进行了研究。
2012-08-14 physics.bio-ph
Comment on "Relative Diffusivities of Bound and Unbound Protein Can Control Chemotactic Directionality''
这是对最近在朗缪尔发表的一篇论文的评论：曼达尔，N。S.的; Sen，A.结合和未结合蛋白质的相对扩散率可以控制趋化方向性。Langmuir 2021，PMID：34647749 [arXiv：2103.13469]。在这项研究中，Mandal和Sen声称提出了一个新的动力学模型来分析酶分子响应于其底物梯度的定向运动，并推测新的预测是，当底物结合酶的扩散率低于未结合酶的扩散率时，以及当底物结合的酶的扩散率高于未结合的酶的扩散率时沿底物梯度向下移动。他们发展了这个理论方案，提出了一种替代我们以前发表的理论框架[Agudo-Canalejo，J.; Illien，P.;戈勒斯塔尼安河电泳和增强扩散竞争酶的趋化性。Nano Lett. 2018，18，2711-2717; arXiv：2104.02394]。我们证明，尽管他们声称，他们所提出的是完全相同的理论，我们的工作，因此，我们得出结论，他们的新颖性索赔是未经证实的。
2021-10-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Entropic estimate of cooperative binding of substrate on a single oligomeric enzyme: An index of cooperativity
在这里，我们系统地研究了在化学稳定条件下，底物分子在单一寡聚酶活性位点上的协同结合。结合底物的平均数和酶催化反应的净速度的研究，制定随机主方程的合作结合这里分类为空间和时间。我们已经估计的熵产生的合作绑定计划的基础上使用的动力学蒙特卡罗技术的单轨迹分析。据发现，总以及介质熵生产显示相同的通用诊断签名检测的协同性，通常其特征在于在反应的净速度。这一特征对于非平衡稳态的总熵产生率也是有效的。我们已经引入了一个指数的协同性，C，定义的比例的missals或等价的，随机系统熵与完全绑定状态的合作和非合作的情况下。协同性的标准在C方面进行了比较与希尔系数，并给出了一个微观的洞察上的合作结合的底物上的一个单一的寡聚酶，其特征通常是由宏观反应速率。
2012-11-26 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.MN
Quantification of flux for non-equilibrium dynamics and thermodynamics for driving non-Michaelis-Menton Enzyme Rates
活动的物理和生物系统的驱动力是由下垫面景观和非平衡旋度通量决定的。虽然景观可以量化的实验中的观测量的收集轨迹的直方图，实验通量量化仍然是具有挑战性的。在这项工作中，我们研究了单分子酶动力学，并观察到偏离传统的Michaelis-Menton反应速率的动力学。我们确定和量化的非平衡通量的起源，这种非米氏酶速率行为。这是第一次对非平衡主动动力学的驱动力通量进行了严格的量化。我们还量化了相应的非平衡态热力学的化学势和熵产生。我们确定和量化的通量，化学势和熵产生的起源作为在酶反应中吸收的热量（能量输入）。
2018-08-12 physics.bio-ph q-bio.SC
Stepping and crowding of molecular motors: statistical kinetics from an exclusion process perspective
马达酶是一种非凡的分子机器，它利用三磷酸核苷水解产生的能量来产生机械运动，通过构成其动力学循环的不同步骤来实现。这些大分子，现在研究与先进的实验技术，以揭示其分子机制和动力学循环的性质，涉及许多生物过程，从生物聚合（如RNA聚合酶和核糖体）到细胞内运输（马达蛋白，如驱动蛋白或动力蛋白）。虽然在理论和实验上对单个电机的动力学进行了很好的研究，但它们的步进周期对集体动力学的影响仍然不清楚。这一方向的进展将提高我们对天然细胞内介质中的运输过程的理解，在天然细胞内介质中，进行性运动酶可能在拥挤的条件下工作。因此，在这项工作中，我们扩展了目前的统计动力学分析，研究集体输运现象的汽车在格子气模型属于排斥过程类。通过数值模拟，我们展示了如何解释和使用在拥挤的条件下从单粒子轨迹计算的随机性。重要的是，我们还表明，时间波动和非泊松行为是内在相关的空间相关性和出现的大，但有限的，集群的共同移动的电机。我们的分析揭示的属性有重要的生物学意义上的集体运输特性的进行性马达酶在拥挤的条件下。
2014-05-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Enzyme-driven phase separation
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)（意大利国家核物理研究所）；Italian Institute for Genomic Medicine, Candiolo Cancer Institute, Fondazione del Piemonte per l’Oncologia (FPO)（皮埃蒙特肿瘤基金会坎迪奥洛癌症研究所意大利基因组医学研究所）
本研究提出一个酶驱动相分离的理论模型，揭示了非平衡参数对膜上相分离的影响，并通过模拟验证了关键参数的预测。
2026-07-20 physics.bio-ph
Self-consistent sharp interface theory of active condensate dynamics
本文提出一种自洽锐界面理论，通过逆向推导维持凝聚体形态与运动所需的化学势和酶通量，分析质量守恒活性物质中的自驱动液滴动力学及热力学一致性。
2024-08-04 cond-mat.soft physics.bio-ph
Special Topic: Markov Models of Molecular Kinetics
《化学物理杂志》（JCP）关于分子动力学的马尔可夫模型（MMMK）的文章集介绍了在原子分子模拟和相关应用中开发和使用马尔可夫状态模型（MSM）的最新进展。这篇社论简要概述了该领域的最新技术，并将其与JCP集合中的文章联系起来。
2019-11-02 physics.bio-ph physics.chem-ph
Dwell time symmetry in random walks and molecular motors
可逆分子马达中的步数和停留时间的统计不同于酶动力学中的循环完成的统计。原因是一个步骤只是机械化学循环中的几个转变之一。因此，酶动力学中循环完成的理论结果不适用于步进数据。为了允许正确的参数估计，并指导数据分析和实验设计，需要考虑到这一观察的理论处理。在本文中，我们使用第一次通过过程的停留时间和向前和向后的步骤的数量的分布模型，基于向前和向后的步骤对应于同一过渡的不同方向的假设。我们扩展了最近的结果与一个单一的周期系统，并考虑了完整的停留时间分布以及模型与多个途径，可检测的子步骤，和determination。我们的主要结果是一个对称关系的驻留时间分布在可逆电机，和一定的相对步进频率和每周期的自由能之间的关系。我们证明了我们的研究结果，通过分析最近的步进数据的细菌鞭毛电机，并讨论了影响力产生亚基的效率和可逆性。关键词：马达蛋白;单分子动力学;酶动力学;鞭毛马达;马尔可夫过程;非平衡涨落。
2007-04-17 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Information processing in biological molecular machines
生物分子机器是一种双功能酶，它催化两个过程：一个提供自由能，另一个接受自由能。最近的研究表明，大多数蛋白质酶具有丰富的随机动力学，在组成其天然状态的众多构象亚态之间进行转换。这种动力学往往表现在催化过程的波动率和短期记忆的存在。对于这样的随机动力学，在将自由能分为操作能和组织能之后，我们证明了广义涨落定理，这导致热力学第二定律的扩展，以包括两个相互竞争的过程功能：耗散和信息。计算机模拟的过程中发生的催化过程的模型网络的子状态，表示在跳跃的单位值在随机时刻的时间，表明负耗散的可能性的组织自由能的信息暂时存储在内存中，即行为像麦克斯韦的恶魔。由于类似的课程可以注册在真实系统的观察，所有论文是开放的实验验证。
2023-02-01 physics.bio-ph
Relaxation to statistical equilibrium in stochastic Michaelis-Menten kinetics
本文研究了随机 Michaelis-Menten 网络中的统计平衡弛豫过程，通过将网络分解为可逆与不可逆子网络并精确求解化学主方程，利用新的统计测度详细表征了弛豫阶段，为经典结果提供了更广阔的分子视角。
2024-09-27 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Serine Proteases: an Ab Initio Molecular Dynamics Study
在丝氨酸蛋白酶（SP）中，His-57和Asp-102之间的氢键以及Gly-193和过渡态中间体之间的氢键对酶的功能起着至关重要的作用。为了阐明这些相互作用的性质，我们进行了从头算分子动力学模拟的反应中间体和弹性蛋白酶（一种蛋白质属于SP家族）之间的加合物的复合物。我们的计算表明，存在一个低-势垒之间的H-键的His-57和Asp-102，在完全符合与NMR实验酶-过渡态类似物复合物。与从头算分子动力学模拟的底物-酶加合物的模型上的比较表明，甘氨酸-193-诱导的强稳定的中间体是通过电荷/偶极相互作用，而不是通过H-键如前所述。在计算中包含蛋白质电场不会显著影响电荷分布。
1999-07-01 cond-mat physics.bio-ph q-bio
Macroscopic Kinetic Effect of Cell-to-Cell Variation in Biochemical Reactions
在相同的环境条件下，遗传上相同的细胞可以显示出蛋白质拷贝数的强烈变化，这是由于个体细胞中固有的随机事件。在这里，我们开发了一个理论框架，以解决酶丰度的变化如何影响在细胞群体内观察到的代谢反应的集体动力学。在细胞群体水平上测量的动力学参数被证明是系统偏离单细胞，即使在均匀参数的群体。由于这些考虑，Michaelis-Menten动力学甚至可能不适合应用于群体水平。我们的研究结果阐明了体内和体外动力学之间的差异的一个新的起源，并提供了潜在的效用，分析单细胞代谢组学数据。
2010-04-08 physics.bio-ph q-bio.MN q-bio.SC
A generalized kinetic framework applied to whole-cell catalysis in biofilm flow reactors clarifies performance enhancements
全细胞催化研究的一个共同的动力学框架对于理解和优化生物流反应器至关重要。在这项工作中，我们证明了流动适应版本的Michaelis-Menten动力学的催化细菌生物膜的适用性。一个三电极微流控电化学流动池测量增加周转率高达50%，从Geetriumsulfreducens生物膜作为流速是不同的。基于所应用的动力学框架的参数，流动诱导的周转率、催化效率和装置反应能力的增加可以与催化生物质的增加相关联。这项研究表明，一个标准化的动力学框架是至关重要的定量测量新的活性催化系统在流动池和基准对充分研究的催化系统，如酶。
2019-04-10 physics.bio-ph q-bio.CB q-bio.QM
Kinetic distance and kinetic maps from molecular dynamics simulation
从分子动力学（MD）模拟中表征大分子动力学需要一个可以区分缓慢互变状态的距离度量。在这里，我们建立在扩散映射理论，并定义一个动力学距离的不可约马尔可夫过程，量化如何缓慢分子构象相互转换。给定近似MD马尔可夫算子的特征值和特征向量（反应坐标）的模型，可以计算动力学距离。在这里，我们采用时滞独立成分分析（TICA）。可以缩放TICA分量以提供其中欧几里得距离对应于动力学距离的动力学图。因此，在降维方法中应该保留多少TICA维度的问题变得过时，并且在动力学模型构建中需要指定少一个参数。我们证明了使用TICA和马尔可夫状态模型（MSM）分析的说明性模型，在牛胰蛋白酶抑制剂和蛋白质抑制剂协会在胰蛋白酶和苯甲脒的蛋白质构象动力学的方法。
2015-06-20 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
