On the Theory of Dielectric Spectroscopy of Protein Solutions
我们提出了一个理论的介电响应的溶液中含有大溶质，纳米尺寸，在分子溶剂。它将溶质的分子偶极矩与溶质-溶剂界面处溶剂分子的大子系综的极化相结合。该理论的目标是双重的：（i）制定的介电响应的问题，避免依赖于介电理论的腔场概念和（ii）分离的非添加剂的界面极化，共同产生的外部场的实验室实验和溶质，从特定的溶质-溶剂相互作用有助于介电信号。该理论适用于实验报告的频率依赖性的介电谱的溶菌酶在溶液中。在高达700 GHz的宽频率范围内的数据的分析表明，腔场的磁化率，理论公式的关键，是一致的麦克斯韦静电在10- 200 GHz的频率范围内的预测，但偏离它在这个范围之外。特别是，它变得比麦克斯韦结果小得多，并在小频率处变为负值。后者的观察意味着一个介电响应，或负介电泳，水合溶菌酶。这也意味着由介电谱记录的有效蛋白质偶极子远小于由蛋白质的电荷分布计算的值。我们提出了一个经验方程，描述了随着蛋白质浓度的增加，静态介电常数的增量和德拜水峰的减量。它给出了公平的协议与宽带色散和蛋白质的解决方案的损失谱，但错过了三角洲色散区域。
2012-03-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Relaxation dynamics of a protein solution investigated by dielectric spectroscopy
在目前的工作中，我们提供了两个不同浓度的溶菌酶水溶液的介电研究的频率范围从1 MHz到40 GHz和温度从275到330 K。我们分析了三个分散区，通常发现在蛋白质溶液中，通常被称为β-，γ-和δ-松弛。β-弛豫，发生在频率范围约10 MHz和γ-弛豫约20 GHz（在室温下），可以归因于极性蛋白质分子在其水介质中的旋转和自由水分子的重新取向运动，分别。δ松弛的本质，这往往是归因于结合水分子的运动，尚未完全理解。在这里，我们提供的数据的弛豫时间和弛豫强度的所有三个检测过程的温度依赖性和离子电荷传输所产生的直流电导率。β-和γ-弛豫的温度依赖性密切相关。我们发现了一个显着的温度依赖性的蛋白质的偶极矩，表明构象的变化。此外，我们发现在这种蛋白质溶液中Debye-Stokes-Einstein关系的破裂，即，DC电导率不完全由溶剂分子的迁移率控制。相反，它似乎是直流电导率密切相关的水化壳动力学。
2012-02-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamical Decoherence and Memory Effects in Green Fluorescent Proteins by Dielectric Relaxation
本文利用层级运动方程和德拜介电模型，研究了绿色荧光蛋白发色团在介电环境中的退相干与能量转移，发现介电弛豫产生的强记忆效应可延长相干寿命，且其空腔结构有助于保持二聚体相干性，并揭示了相干能量转移与熵产生之间的动力学关联。
2024-05-07 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Broadband Dielectric and THz Spectroscopy on Bio-Related Matter: Water, Amino Acids, Proteins, and Blood
University of Augsburg（奥格斯堡大学）
本文探讨宽带介电与太赫兹光谱在生物物质研究中的应用，通过水、蛋白质水溶液、血液、氨基酸的实例说明该技术可探测生物动态过程及相关信息。
2026-08-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dipolar response of hydrated proteins
本文提出了一种分析理论和数值模拟的偶极响应的水合蛋白质。溶剂化蛋白质的有效介电常数，代表平均偶极矩诱导的蛋白质由一个均匀的外部场，显示了显着的变化之间的蛋白质研究的数值模拟。它从泛素的0.5变化到细胞色素c的640。前一个值意味着泛素的负偶极极化率，即介电偶极响应和负介电泳。这意味着携带~240 D的平均偶极的蛋白质预期从较强电场的区域排斥。这种结果是蛋白质和水偶极子之间的负交叉相关的结果，补偿了蛋白质偶极子在整体偶极磁化率中的正方差。这一现象可以用水化壳层对蛋白质电偶极的过屏蔽来表征。与中性泛素相反，这里研究的带电蛋白质显示顺电偶极反应和正介电泳。蛋白质-水偶极互相关是长程的，从蛋白质表面延伸到本体中约2nm。数值模拟的分析表明，蛋白质-水界面的极化强烈影响的蛋白质表面电荷的分布。当蛋白质偶极的响应变得动态地停滞时，蛋白质偶极响应的该组分对于高于蛋白质德拜峰的高频率变得重要。在模拟中发现的界面响应表明，与溶剂的介电常数相比，溶液的高频介电常数的正增量的可能性，以支持所观察到的蛋白质溶液的太赫兹吸光度。
2011-08-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamic Variation in Protein-Small Molecule Interaction Observed by Double-Nanohole Optical Trapping
蛋白质与小分子的相互作用是它们在活生物体中发挥功能的基础，并且在药物开发中被广泛研究。在这里，我们比较光捕获动力学的链霉亲和素和生物素化的链霉亲和素使用双纳米孔光阱在金属膜。在具有和不具有小分子结合的蛋白质之间观察到一致且明显不同的行为。单蛋白水平的实时动态可用该技术获得，其还具有不需要拴系到表面或不需要外源标记的优点。
2014-03-16 physics.bio-ph
Towards Experimental Tests of Quantum Effects in Cytoskeletal Proteins
越来越明显的是，通过分子自组装制备新型生物材料将在材料科学和未来的信息技术中发挥重要作用。微管蛋白，微管（MT）和细胞骨架是动态的，自组装系统，我们问他们的结构和功能是否包含如何制造生物分子信息处理设备的线索。在这里，我们回顾我们的转基因果蝇的神经生物学研究，强烈建议微管细胞骨架是细胞内信息处理和存储的“前线”附近。我们还建立了光谱技术，如折射率，表面等离子体共振传感和介电光谱，再加上分子动力学模拟和（量子）电动力学分析理论是有用的工具，在电动力学和可能的量子效应在细胞骨架蛋白质的研究。在我们的驱动问题中隐含的可能性是，如果微管蛋白和MT确实可以作为经典或量子计算机的基础，那么也许大自然已经这样做了，微管蛋白和MT已经在活的神经细胞和其他细胞中发挥了这样的作用。如果发现量子力学在细胞功能中很重要（通过它与蛋白质的关系），那么很自然地会问，是否真的存在与意识相关的量子效应。最后，我们提出了一些方法来直接在蛋白质水平上对这种“量子意识思想”（QCI）进行实验测试。
2005-05-11 physics.bio-ph
Predicting evolutionary site variability from structure in viral proteins: buriedness, packing, flexibility, and design
最近的一些工作表明，蛋白质结构可以预测位点特异性进化序列变异。特别是，被掩埋和/或与结构中的其他位点有许多接触的位点平均而言比接触很少的表面位点演化得更慢。在这里，我们提出了一个全面的研究在何种程度上众多的结构特性可以预测序列变异。我们考虑的数量包括掩埋度（通过相对溶剂可及性测量），堆积密度（通过接触数测量），结构灵活性（通过B因子，均方根波动和二面角变化测量），以及设计结构的可变性。我们获得的结构灵活性措施都从分子动力学模拟上进行的9个非同源病毒蛋白质结构，并从这些蛋白质的同源变体的变化，在可用的。我们从Rosetta软件中的柔性骨架设计中获得了设计结构的可变性的测量。我们发现，大多数的结构特性与网站的变化，在大多数的结构，虽然相关性一般较弱（相关系数为0.1至0.4）。此外，我们发现埋藏和包装密度是更好的预测进化变异比结构的灵活性。最后，在设计结构的变异性是一个较弱的预测进化变异性比埋葬或堆积密度，但它是在其预测能力的最佳结构的灵活性措施。我们的结论是，简单的措施埋葬和包装密度是更好的进化变异的预测比更复杂的预测从动态模拟，合奏同源结构，或计算蛋白质设计。
2014-07-21 physics.bio-ph q-bio.BM
Predicting variation of DNA shape preferences in protein-DNA interaction in cancer cells with a new biophysical model
DNA形状读出是转录因子识别靶位点的一个重要机制。近年来，人们发展了几种考虑DNA形状的转录因子-DNA结合模型。本文提出了一种新的基于相邻二核苷酸依赖模型BayesPI 2的考虑DNA形状特征的蛋白质-DNA相互作用的生物物理模型。新模型的参数被限制在由2聚体DNA形状特征跨越的子空间中，这允许将新参数解释为对某些特征值的位置依赖性偏好的生物物理解释。使用新的模型，我们探讨了DNA形状偏好的变化，在几个转录因子跨癌细胞系和细胞条件。我们发现了用类固醇处理后MCF 7细胞中FOXA 1结合位点的DNA形状变化的证据。新模型对于阐明转录因子-DNA相互作用的更精细细节是有用的。它可以用于改善未来癌症突变效应的预测。
2017-10-31 physics.bio-ph q-bio.BM
Impact of Charge Variation on the Encapsulation of Nanoparticles by Virus Coat Proteins
静电相互作用是通过病毒外壳蛋白包封纳米颗粒如量子点、金颗粒和磁珠的驱动力，成像和治疗目的。在最近的实验工作中，Daniel等人[ACS Nano 4（2010），3853-3860]发现包封效率敏感地取决于带负电荷的金纳米颗粒的表面电荷密度与蛋白质的RNA结合结构域上的正电荷的数量之间的相互作用。令人惊讶的是，这些实验表明，尽管在低pH下的共组装的高度合作性质，封装的效率是其表面电荷密度的逐渐函数。我们提出了一个简单的全有或全无的质量作用定律结合静电相互作用模型来解释实验。我们发现定量协议与实验观察，支持纳米粒子之间存在一个自然的统计电荷分布。
2012-10-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A simple electrostatic model applicable to biomolecular recognition
一个简单的静电模型适用于生物分子识别的精确，解析解。在该模型中，一层高介电常数材料（代表溶剂，水）的厚度可以变化，将两个低介电常数材料（代表蛋白质，DNA，RNA或类似材料）的区域分开，在每个区域中嵌入一个点电荷。对于相同的电荷，屏蔽层的存在总是降低的能量相比，在一个无限的低介电常数介质中的点电荷的情况下。有些令人惊讶的是，与高介电常数的无限介质中的点电荷的情况相比，足够厚的屏蔽层的存在也降低了能量。对于相反符号的电荷，屏蔽层总是降低能量的情况下相比，点电荷在无限介质中的高或低介电常数。能量的行为导致相同符号的电荷之间的排斥力大大增加。相反符号的电荷之间的排斥力比低介电常数材料的无限介质中的弱，但比高介电常数材料的无限介质中的强。这种行为的存在，我们称之为不对称屏蔽，在这里提出的简单系统中证实了在无限溶剂中任意数量的带电电介质球的更复杂系统中建立的行为的普遍性。
2009-09-30 physics.bio-ph physics.class-ph
Attractive double-layer forces between neutral hydrophobic and neutral hydrophilic surfaces
具有不同表面性质的蛋白质表面斑块之间的相互作用对驱动蛋白质在不同盐溶液中的构象变化起着至关重要的作用。我们证明了在某些盐溶液的存在下，中性疏水和亲水表面之间的离子特异性吸引双层力的存在。这是通过求解两个不等表面的广义泊松-玻尔兹曼方程来完成的。在计算中，我们利用参数化的离子表面电位和介电常数的配置文件推导出最近的非原始模型分子动力学（MD）模拟，部分占分子结构和水合作用。
2012-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Curvature variation controls particle aggregation on fluid vesicles
细胞膜呈现出各种各样的形状，与它们的功能密切相关。许多生物过程涉及膜的动态重塑，通常由蛋白质介导。这种相互作用是双向的：蛋白质影响膜的形状，而膜的形状影响蛋白质之间的相互作用。为了研究这些膜介导的相互作用封闭和各向异性弯曲的膜，我们使用胶体粘附到椭圆形膜囊泡作为模型系统。我们发现，在一个封闭系统中，两个粒子总是相互吸引，并倾向于最大曲率的方向对齐。多个颗粒形成弧形，或者，在足够大的数量，一个完整的环周围的囊泡在其赤道平面。由此产生的囊泡形状类似于雪人。我们的研究结果表明，这些具有各向异性形状的膜上的物理相互作用可以被细胞利用，以驱动大分子到细胞或细胞内膜的优选区域，并用于启动动态过程，如细胞分裂。同样的原理可以用来找到人工囊泡的中平面，作为将其分成两个相等部分的第一步。
2017-03-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
How the diffusivity profile reduces the arbitrariness of protein folding free energies
蛋白质在其自由能折叠景观中扩散的概念在理论和实验上都取得了丰硕的成果。然而，反应坐标（RC）的选择引入了一个不希望的程度的任意性的问题。我们分析了大量的α-螺旋在明确的水溶剂中的模拟数据，因为它stochandeles折叠和展开。不同RC的自由能分布表现出显着的变化，一些具有激活势垒，其他没有。我们表明，这种变化有预测的折叠动力学的影响不大，如果适当考虑到扩散率的配置文件。这种动力学的准普遍性是合理的RC重新缩放，其中，由于重新参数化不变性的福克-普朗克方程，允许自由能和扩散率的影响组合成一个单一的功能，重新缩放的自由能配置文件。如果我们正确区分包含自然状态知识的RC和那些本质上纯粹是几何的RC，这种重新标度的自由能确实显示出比裸自由能和扩散率分布单独所做的更少的不同RC之间的变化。我们的方法提取扩散率曲线很容易应用于实验单分子时间序列数据，并可能有助于调和冲突时出现的比较结果从不同的实验探针相同的蛋白质。
2010-05-12 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
The Dielectric Constant of Ionic Solutions: A Field-Theory Approach
我们研究的介电液体（例如水）的介电响应的变化时，盐被添加到溶液中。采用场论方法，我们扩大吉布斯自由能的一阶环展开和计算自洽的介电常数。我们解析地预测了介电衰减，它依赖于离子强度在一个复杂的方式。此外，水化壳的定性描述被发现，其特征在于由一个单一的长度尺度。我们的预测很好地适合了大范围的浓度不同的盐，只使用一个适合的参数有关的离子和偶极子的大小。
2012-01-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
