Rheology and Viscoelasticity of Proteins and Nucleic Acids Condensates
相分离就像观察醋中的醋与油分离一样熟悉。蛋白质和核酸的相分离在活细胞中广泛存在的观察结果，开启了对生物学中相分离和蛋白质凝聚的生物学意义和生物物理机制的整个研究领域。最近的证据表明，某些蛋白质和核酸凝聚物不是简单的液体，而是显示出粘性和弹性行为，这反过来可能具有生物学意义。这种观点的目的是审查国家的最先进的这一迅速崛起的领域集中在材料和流变学性质的蛋白质缩合物。最后，我们讨论了不同的技术，可以用来量化的凝聚体的粘弹性和突出潜在的未来方向和机会，化学家，物理学家和生物学家之间的跨学科的串扰。
2022-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph
Force-dependent elasticity of nucleic acids
双链核酸在细胞过程中的功能主要由其弹性反应介导。这些过程涉及与dsDNA或dsRNA相互作用并扭曲其结构的蛋白质。大多数理论框架没有适当考虑这些变形所产生的NA的弹性扰动。在这项工作中，我们介绍了一种新的方法来评估机械应力对双链DNA和双链RNA的弹性响应的影响，通过分析的双螺旋的波动。这种方法的原子模拟的应用揭示了定性的差异，在力的依赖性的机械性能的双链DNA相对于那些dsRNA，我们涉及到这些分子的结构特征，通过物理健全的简约模型。
2022-10-27 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Preferential interaction coefficient for nucleic acids and other cylindrical poly-ions
聚离子周围的微离子双电层对核酸过程的热力学有很大的影响。在这里，我们专注于库仑贡献的盐-水的优先相互作用（唐南）系数，我们报告非常准确的分析表达式有效的范围内的低盐浓度（当聚离子半径小于德拜长度）。分析是在泊松玻尔兹曼水平，在圆柱形几何，重点是高电荷的聚离子（超越“反离子凝聚”）。该结果适用于形式为$z_-$：$z_+$的任何电解质。我们还得到了一个非常准确的表达式的电势在附近的聚离子。
2007-04-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Coarse-Grained Nucleic Acid-Protein Model for Hybrid Nanotechnology
杂交DNA -蛋白质纳米技术的新兴领域带来了许多新材料的潜力，这些材料将DNA纳米技术的可寻址性与蛋白质相互作用的多功能性相结合。然而，这些混合结构的设计和计算研究是困难的，由于所涉及的系统尺寸。为了帮助设计和计算机分析过程中，我们在这里介绍了一个粗粒度的DNA/RNA-蛋白质模型，扩展了DNA/RNA的oxDNA/oxRNA模型与基于各向异性网络模型表示的粗粒度蛋白质模型。我们的模型完全配备了分析脚本和可视化，旨在促进最终实验实现的混合纳米材料设计，以及使生物复合物的研究成为可能。我们通过模拟DNA-蛋白质纳米笼、包裹在组蛋白周围的DNA和聚合酶中的新生RNA进一步证明了它的用途。
2020-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Urea destabilizes RNA by forming stacking interactions and multiple hydrogen bonds with nucleic acid bases
用尿素滴定RNA是研究RNA稳定力的有效方法。我们使用所有的原子分子动力学模拟使用两个尿素力场和两个RNA结构来阐明在原子细节的尿素水溶液中的折叠RNA的不稳定机制。尿素通过与RNA碱基形成多个氢键使RNA变性，并且对磷酸二酯骨架几乎没有影响。最重要的是，我们发现尿素参与了与碱基的堆积相互作用。我们还首次估计了RNA的m值，这是衡量尿素-RNA相互作用强度的指标。我们的工作提供了一个概念性的了解尿素提高RNA折叠速率的机制。
2009-12-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Rigid Base Biasing in Molecular Dynamics enables enhanced sampling of DNA conformations
由于全原子模拟具有高的空间和时间分辨率，因此在研究核酸的构象和动力学性质方面越来越受欢迎。然而，这种高分辨率带来了沉重的计算成本，并且在模拟的时间尺度内，核酸围绕其理想结构微弱地波动，探索有限的构象集合。介绍了在核酸全原子模拟中能够控制刚性碱基参数的RBB-NA算法。利用合适的偏置电势，该算法可以“迫使”DNA或RNA分子呈现六个旋转参数（倾斜、滚动、扭曲、弯曲、螺旋桨、打开）和/或六个平移参数（移位、滑动、上升、剪切、拉伸、交错）的特定值。该算法能够使用先进的采样技术来探测局部强烈变形的核酸的结构和动力学。我们说明了它的性能显示一些例子，其中DNA是强烈扭曲，弯曲或局部屈曲。在这些例子中，RBB-NA很好地再现了无约束的模拟数据和DNA力学的其他已知特征，但它也允许人们探索在高变形状态下表征核酸力学的非谐行为。
2022-08-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
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
Novel Cholesteric Phase in Dispersions of Nucleic Acids due to Polymeric Chelate Bridges
我们认为，高分子（Dau-Cu）复合物，所谓的桥梁，对DNA分子之间的液晶分散体，并表明可能会产生一个超液晶结构（BR相）。后者可能具有分层的空间结构和异常的光学活性，这可能与DNA分散体中观察到的强烈CD带有关。
2000-11-02 cond-mat.soft q-bio
Electrostatic Binding and Hydrophobic Collapse of Peptide-Nucleic Acid Aggregates Quantified Using Force Spectroscopy
了解自聚集肽与核酸或其他聚阴离子之间的相互作用机制是理解多种人类疾病（例如阿尔茨海默病和帕金森病）的许多聚集过程的关键。由于疏水自聚集力和静电结合力之间的竞争，确定这种相互作用的亲和力和动力学步骤是具有挑战性的。Kahalalide F（KF）是一种抗癌疏水肽，其含有单个正电荷，赋予与聚阴离子的强聚集特性。这使得KF成为一个理想的模型，以阐明自聚集与结合到一个强电荷的生物体，如DNA竞争的机制。我们使用光镊施加机械力到单个DNA分子，并表明KF和DNA相互作用在两步动力学过程中促进的DNA的静电结合到聚集体表面，然后由复合物的稳定，由于疏水相互作用。从所测量的拉动曲线，我们确定的结合亲和力，动力学障碍和长度的DNA片段内的KF-DNA复合物隔离的光谱。我们发现有一个捕获的距离，超过这个距离，复杂的崩溃成紧凑的聚集体稳定的强疏水力，并讨论如何弯曲刚度的核酸影响这样的过程。我们推测，在体内环境中，KF的静电相互作用增强，由于其聚集可能介导的其他聚阴离子的结合。所提出的方法应该是有用的定量表征其他化合物或蛋白质中的聚集体的形成是相关的。
2014-08-05 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanistic Modeling of Lipid Nanoparticle Formation for the Delivery of Nucleic Acid Therapeutics
本文提出通过机理建模方法深入理解脂质纳米颗粒（LNP）形成过程，涵盖物性预测、多尺度建模及工艺控制优化，以促进核酸递送平台的发展。
2025-04-26 cond-mat.soft cs.CE physics.bio-ph
Multivalent ion-mediated nucleic acid helix-helix interactions: RNA versus DNA
离子介导的相互作用对核酸的结构和稳定性至关重要。最近的实验表明，多价离子诱导的双链RNA和DNA的聚集可能强烈依赖于螺旋的拓扑性质，而在原子水平上的离子介导的相关相互作用仍然缺乏理解。本文采用原子分子动力学模拟直接计算了六氨合钴离子（Co-Hex）溶液中双链RNA和双链DNA之间的平均力势（PMF）。计算结果表明，当[Co-Hex]较低时，B-DNA之间和A-RNA之间的PMF都是（强）排斥的，而当[Co-Hex]较高时，B-DNA之间的PMF是强吸引的，而A-RNA之间和A-DNA之间的PMF仍然是（弱）排斥的。微观分析表明，对于A型螺旋，Co-Hex将成为深大沟的内结合，从而不能在相邻螺旋之间形成明显的离子桥;而对于没有深大沟的B型螺旋，Co-Hex将表现出外结合，从而强有力地桥接相邻螺旋。此外，我们进一步的计算表明，A-RNA之间的PMF可能会变得很强的吸引力，无论是在很高的[Co-Hex]或当深大沟底部固定有一层水。
2015-07-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Asymmetric periodic boundary conditions for molecular dynamics and coarse-grained simulations of nucleic acids
本文提出沿核酸链方向与垂直溶剂化方向区别处理的非对称周期性边界条件（APBC），通过粗粒化蠕虫状链模型和全原子DNA模拟验证其可减小有限尺寸效应并揭示序列依赖性质。
2023-06-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
First-principles Study of Physisorption of Nucleic Acid Bases on Small-Diameter Carbon Nanotube
我们报告了我们基于密度泛函理论对核酸碱基分子腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）与单壁碳纳米管（CNT）相互作用的第一性原理研究结果。具体而言，重点是物理吸附的基础分子上的外壁（5，0）金属CNT拥有一个最小的直径可能。与大直径的碳纳米管相比，发现在高曲率的情况下，物理吸附能降低。基础分子表现出显着不同的相互作用强度，和计算的结合能遵循的层次G > A > T > C > U，这似乎是独立的管曲率。基础分子和CNT之间的相互作用中的稳定因素由分子极化率主导，该分子极化率允许在它们之间诱导弱吸引分散力。本研究提供了一个更好的理解脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）中的碱基序列对它们与不同直径的碳纳米管的相互作用的作用。
2007-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Slow nucleic acid unzipping kinetics from sequence-defined barriers
最近关于通过力解链RNA螺旋-环结构的实验表明，约40个碱基的分子可以在两个明确定义的“开放”和“闭合”状态之间经历动力学转变，时间尺度= 1秒[Liphardt等人，Science 297，733-737（2001）]。使用一个简单的动力学模型，我们表明，这些现象是由于跨越大的自由能障碍，分开的开放和封闭的构象的缓慢动力学。的依赖性的障碍序列沿螺旋，并对环的大小进行了分析。一些DNA和RNA序列，可以显示在不同的时间尺度上的动力学，或三个（或更多）状态解压缩，提出。
2002-07-25 cond-mat.soft q-bio
Mechanisms of virus assembly
病毒是纳米级的实体，含有包裹在称为衣壳的蛋白质外壳中的核酸基因组，并且在某些情况下被脂质双层膜包围。本文综述了衣壳在宿主细胞内和体外组装的物理过程。我们描述的热力学和动力学组装成二十面体衣壳壳的蛋白质亚基，以及这些是如何修改的情况下，衣壳组装周围的核酸或脂质双层。我们目前的实验和理论技术，已被用来表征衣壳组装，我们强调病毒组装的方面可能会在不久的将来得到显着的关注。
2014-07-15 cond-mat.soft q-bio.BM
Computational biology approach to uncover hepatitis C virus helicase operation
丙型肝炎病毒解旋酶是一种在病毒复制过程中分裂核酸双链体结构的分子马达，因此代表了抗病毒治疗的有希望的靶标。因此，详细了解其运作机制将有助于开发旨在抑制解旋酶活性的有效药物辅助疗法。尽管在过去进行了广泛的调查，一个彻底的了解，这一重要的蛋白质的活动是缺乏的，因为潜在的内部构象运动无法解决。在这里，我们回顾了我们以前对HCV解旋酶进行的调查。使用基于结构的计算建模方法，可以在结构解析的模拟中跟踪这种马达蛋白的整个操作周期，并揭示它沿着核酸移动并完成链分离的机制。我们还讨论了从该研究中观察到的结果，根据最近的实验研究证实了我们的发现。
2013-11-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Scanning probe microscopy of nucleic acids and thin organic films
我们开发了模型和算法来描述AFM的两个主要伪影：（i）加宽效应和（ii）吸附在硬基底上的单个物体的轮廓高度降低。它显示了如何测量一个单一的吸附微物体的弹性性能。从接触变形理论的观点出发，分析了原子力显微镜显示平面原子（分子）结构的机理。我们测试了在延伸状态下将游离单链RNA分子固定在基底上的技术。利用原子力显微镜，我们可视化的过程中释放的RNA从烟草花叶病毒颗粒的蛋白质外壳的阶段。这一过程的不对称性关于一个大分子的两端被证实。利用原子力显微镜实时跟踪DNA T4分子的压缩动力学。部分压实的大分子被清楚地解析。我们发现，部分压实的结构由不同的大分子链形成的环形部分组成。在系统的AFM测量的基础上重建了压实结构的真实几何形状。这使我们能够计算出每个凝聚的DNA粒子的分子量。我们证明了水平沉积方法形成LB膜的明显优势。利用原子力显微镜实现了对某些薄膜涂层的分子分辨，并对晶格参数进行了测量，测量的误差在百分之几以内。我们表明，膜的结构是由几个因素的并发性决定的：由最紧密堆积原则的烃类尾部，由值的极性头在水亚相的表面积，以及由基板的影响。
2011-04-24 cond-mat.soft
Calculating potential of mean force between like-charged nanoparticles: a comprehensive study on salt effects
离子对聚电解质如核酸的结构和稳定性至关重要。本文利用蒙特卡罗模拟系统地计算了盐溶液中两个带相同电荷的纳米粒子之间的平均力势。采用伪弹簧方法计算了平均力势，并与逆玻尔兹曼方法进行了系统的比较。预测了二价/三价盐溶液中两个带相同电荷的纳米颗粒之间的有效吸引力，并且这种吸引力在非常高的盐浓度下变得减弱。我们的分析表明，对于该系统，离子桥纳米粒子的配置是负责的吸引力，和阴离子的入侵到纳米粒子之间的区域在高盐浓度将导致吸引力减弱，而不是电荷反转效应。本方法将用于计算核酸折叠过程中的有效相互作用。
2013-05-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Theoretical models for single-molecule DNA and RNA experiments: from elasticity to unzipping
本文综述了核酸单分子微操作实验的物理力学理论。首先，介绍了用于描述聚合物弹性的模型。然后，我们回顾这些模型是如何用来解释单链和双链DNA的单分子力延伸实验。根据所使用的力和分子，观察到平滑的弹性行为和突然的结构转变。第三，我们将展示如何结合两个单一的核酸链的弹性与它们之间的碱基配对的相互作用的描述解释了很多的现象和动力学的RNA和DNA“解压缩”实验。
2002-06-13 cond-mat.soft q-bio
Mesoscopic helical models for DNA
核酸的物理性质已经通过基于完全原子论表示和粗粒度模型（例如来自聚合物物理学的蠕虫状链）的理论方法进行了研究。在这篇文章中，我提出了一个中间（介观）的方法，并展示了如何建立一个三维的哈密顿模型，占主要的相互作用负责的螺旋分子的稳定性。虽然3D介观模型在碱基对水平上产生了对螺旋的足够详细的描述，但它也允许人们预测溶液中分子的化学和结构性质。基于碱基对涨落可以看作是轨道的思想，我建立了一个基于时间依赖路径积分形式的计算方法来推导配分函数。虽然提出的方法的主要特点，我在这里特别关注一个新开发的统计方法来设置最大幅度的碱基对波动，理论的一个关键参数。结合已有的实验数据讨论了该方法在计算DNA柔性性质中的应用。
2022-08-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Folding of a Small Helical Protein Using Hydrogen Bonds and Hydrophobicity Forces
一个简化的蛋白质模型，每个氨基酸有五到六个原子，五种氨基酸类型，并在一个三螺旋束蛋白上进行了测试，这是一个来自葡萄球菌蛋白A的46个氨基酸片段。该模型不依赖于广泛使用的Go近似，其中忽略了非原生交互。我们发现，崩溃过渡是相当多的蛋白质A序列比随机序列具有相同的组合物更突然。链崩溃被发现是至少一样快的螺旋形成。能量最小化限制到有利的拓扑结构给出了一个结构，具有从天然结构的均方根偏差为1.8 A。我们的势的序列依赖部分是成对可加的。我们的计算表明，通过参数优化来微调这种潜力的作用有限。
2001-11-15 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Hydrophobicity and Unique Folding of Selected Polymers
在合适的环境中，蛋白质、核酸和某些合成聚合物折叠成独特的构象。这项工作表明，它是可能的，以构建晶格模型的可折叠的杂聚物表示的能量仅在单体的个别属性，如暴露于溶剂和空间因子。
1998-01-05 cond-mat.soft q-bio
Folding dynamics of the helical structures in a minimal model
多肽的折叠是氨基酸残基协同作用的一个例子。最近的兴趣是二级结构，如螺旋，如何自发地形成在从初始变性状态的肽的崩溃。最近的螺旋形成模型的Monte Carlo实现使我们能够动态地研究整个折叠过程。如计算机模拟所示，折叠性和螺旋传播都与序列的成核性质密切相关。
2002-01-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
