Study of the Villin Headpiece folding dynamics by combining coarse-grained Monte Carlo evolution and all-atom Molecular Dynamics
采用一种新的方法研究了Villin分子头片（HP 36）的折叠机制，该方法首先采用粗粒Monte Carlo（MC）方法，然后采用全原子分子动力学（MD）方法在显式溶剂中模拟。MC的演变发生在一个简化的自由能景观，并允许一个有效的选择边缘紧凑的结构，这是可行的初始构象的MD。粗粒度的MC结构表示通过“细粒度”重建算法连接到具有原子分辨率的结构表示。这两个阶段的策略是用来选择和遵循的动力学的7个不同的不相关的构象的HP 36。在一个值得注意的情况下，MD轨迹迅速向折叠状态演变，产生核心区域与最接近的NMR模型的典型RMS偏差仅为2.4 A（整个结构的典型RMSD为4.0A）。各种MC-MD轨迹的分析提供了有价值的洞察折叠和错误折叠机制的细节，特别是关于在转向折叠过程中的局部和非局部相互作用的微妙影响。
2004-12-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Molecular dynamics of folding of secondary structures in Go-type models of proteins
我们考虑了六种不同的蛋白质二级结构，并构建了两种类型的Go型非格模型：有空间约束和没有空间约束。对于天然接触，基本氨基酸-氨基酸势是Lennard Jones，而对于非天然接触，基本氨基酸-氨基酸势是软排斥。选择相互作用以使目标二级结构成为系统的天然状态。我们提供了一个彻底的平衡和动力学表征的序列，通过分子动力学模拟与朗之万噪声。具有空间限制的模型被发现是更好的文件夹和更稳定的，特别是在$β$ -结构的情况下。自然状态周围的振动的声子谱具有与热力学稳定性相关的低频间隙。二级结构的折叠通过一系列明确的事件进行。例如，$α$ -螺旋首先从末端折叠。越接近本土国家，建立联系的速度越快。增大系统尺寸会使折叠特性恶化。我们研究的折叠时间作为粘性摩擦的函数，并找到一个制度的适度摩擦的线性依赖。我们也考虑折叠时，一端的结构是固定的，模仿瞬时条件时，蛋白质正在合成。我们发现，在这种情况下，折叠的螺旋是更快和$β$ -序列较慢。
2000-03-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
How cooperatively folding are homopolymer molecular knots?
详细的热力学分析复杂系统与多个稳定的构型状态允许洞察到每个单独的过渡的协同性。在这项工作中，我们推导出一个热容量分解，包括从每个单独的构型状态，这一起加起来的基线热容量，从每个状态到状态的转变的贡献。我们应用这个分析框架的一系列副本交换分子动力学模拟的线性和1-1粗粒度的同源寡聚物模型，折叠成稳定的，构型定义明确的分子结，为了更好地了解这些结的稳定和合作折叠的参数。我们发现，一个刚性的谐波骨干弯曲角潜力是实现特定的三维结构结的关键。以小增量调整主干平衡角会产生各种结拓扑，包括$3_1$、$5_1$、$7_1$和$8_{19}$类型。作为温度的函数的不同打结状态的群体也可以通过调节主链扭转刚度或通过添加侧链珠来操纵。我们发现，尖锐的总热容量峰值的同源寡聚物结主要是由于线圈到球过渡，而不是一个合作打结的步骤。然而，在某些情况下，球到结和线圈到球的过渡的协同性是相当的，这表明高度合作的折叠打结的结构可以通过细化模型参数或添加序列特异性来实现。
2022-04-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Folding of Proteins in Go Models with Angular Interactions
分子动力学研究Go模型的蛋白质与10-12的接触电位和键和二面角的条款表明统计相似性的其他Go模型，如与伦纳-琼斯接触电位。折叠时间取决于蛋白质的大小，幂律指数取决于天然结构类。尽管折叠场景主要由接触顺序控制，但折叠时间对相对接触顺序没有依赖性。
2003-06-19 cond-mat.stat-mech q-bio
Folding Trp-cage to NMR resolution native structure using a coarse-grained model
我们开发了一个粗粒度的蛋白质模型与简化的氨基酸相互作用势。我们进行离散分子动力学折叠模拟的一个小的20个残基的蛋白质-色氨酸笼-从一个完全扩展的构象。我们证明了色氨酸笼模型的能力，始终达到构象内2埃骨干均方根距离（RMSD）从相应的NMR结构。模拟中Trp笼构象的最小RMSD可以小于1.00埃。我们的研究结果表明，至少对于Trp笼的情况下，一个详细的全原子蛋白质模型与物理分子力学力场是没有必要达到天然状态的蛋白质。我们的研究结果还表明，在我们的模拟和报道的全原子分子力学模拟研究中，成功折叠色氨酸笼可能主要是由于这种微蛋白特有的特殊稳定功能。
2004-05-25 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Folding, Design and Determination of Interaction Potentials Using Off-Lattice Dynamics of Model Heteropolymers
我们提出了一个自洽的，统一的分子动力学研究的结果，在连续的简单模型杂聚物的折叠，序列设计和确定的相互作用参数之间的有效潜力的氨基酸从知识的自然状态的设计序列。
1998-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio
Conformational Temperature Characterizing the Folding of a Protein
从蛋白质折叠过程的内在结构景观出发，分析了蛋白质折叠过程的分子动力学模拟的时间序列。时间依赖的能量和熵的固有结构的引入，并从这些量的构象温度的定义。构象温度遵循缓慢弛豫过程的时间演化，并在系统平衡时达到浴温。我们表明，非平衡系统是由两个温度，一个快速振动和其他缓慢的组态松弛，而平衡系统是由一个温度。该方法对具有多个亚稳态的系统具有广泛的适用性。
2013-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A method of incorporating rate constants as kinetic constraints in molecular dynamics simulations
从统计力学的观点来看，一个分子系统的完整表征需要实验确定其可能的状态、它们的布居数和各自的相互转化率。成熟的方法可以在分子动力学模拟中结合关于使用结构约束的状态和关于使用热力学约束的群体的实验信息。然而，目前还不清楚如何包括相互转换率的实验知识。本文介绍了一种在分子动力学模拟中引入已知速率常数作为约束条件的方法，该方法基于最大熵原理和最大口径原理相结合。从一个现有的合奏轨迹，从分子动力学或增强的轨迹采样，这种方法提供了一个最小的扰动路径分布与动力学约束，以及修改的自由能和提交人景观一致。我们说明了简单的玩具系统的方法的应用程序，以及所有原子的肽协会和折叠的分子模拟。我们发现，通过结合实验速率系数数据和分子动力学模拟，我们能够确定新的过渡态，反应机制和自由能。例如，在chignolin蛋白质折叠的情况下，我们发现施加较慢的折叠速率将过渡态转变为更天然的构象，同时增加了未折叠区域的稳定性。
2020-06-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
AFM pulling and the folding of donor-acceptor oligorotaxanes: phenomenology and interpretation
通过平衡等轴测单分子力谱AFM实验的分子动力学模拟，阐明了一类给体-受体寡紫杉烷二级结构自组装的热力学驱动力.低聚紫杉烷由环双（百草枯- \emph{p} -亚苯基）环组成，该环通过聚醚连接到1，5-二氧基萘的低聚物上。在高介电介质中使用MM 3作为力场进行模拟。所得到的力与延伸等温线显示了一个机械不稳定的区域，其中分子展开，并为选定的扩展，在高力和低力制度之间的力测量闪烁。利用加权直方图分析方法，从力与伸长数据中重建了平均力的分子势，并将其分解为能量和熵的贡献。模拟结果表明，低聚紫杉烷的折叠是积极的青睐，但熵惩罚，与精力充沛的贡献克服熵惩罚和有效地驱动自组装。此外，由AFM针尖和热力学理论的一阶相变驱动的单分子折叠/展开事件之间的类比进行了讨论和一般条件下，在分子和悬臂，出现的机械不稳定性和闪烁的力测量平衡等距拉伸实验。特别是，它示出的机械稳定性在扩展过程中观察到的性能是密切相关的力测量的波动。
2009-08-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Folding Pathways of Prion and Doppel
朊病毒蛋白的稳定性和折叠特性的各种残基的位置的相关性进行了研究，通过使用分子动力学模拟的模型，利用拓扑结构的天然状态。在我们的分析中，发现最相关的位点与已知与朊病毒疾病遗传形式的觉醒相关的单点突变（由从细胞到羊瘙痒病亚型的构象变化引起）之间存在高度显著的相关性。通过比较共享非常相似的自然状态拓扑结构的朊病毒和doppel（一种新发现的蛋白质）的折叠过程，提供了对构象变化的相当深入的了解：前者的折叠途径可以分为两个主要类别，根据这些类别，三级结构接触首先形成在通往自然状态的途中。对于后者，只有一类途径通向自然状态。我们的结果是一致的，并支持最近的实验发现，doppel缺乏瘙痒病亚型，这种显着不同的行为的结果，在该地区的差异含有两个$β-$链和干预螺旋。
2002-01-14 cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Improving signal-to-noise resolution in single molecule experiments using molecular constructs with short handles
我们研究展开/折叠力动力学的DNA发夹展示两个和三个国家与新设计的短dsDNA手柄（29 bp）使用光镊。我们展示了如何更高的刚度的分子设置适度增强的信噪比（SNR）在跳跃实验相比，传统的长柄结构（约700 bp）。较短的构建体导致较高SNR的信号和较慢的折叠/解折叠动力学，从而有助于检测否则快速的结构转变。一种新的分析的弹性性能的分子设置，高带宽测量力波动沿折叠分支的基础上，揭示了最高的SNR，可以实现与短手柄是潜在的限制由显着减少的有效持久性长度和拉伸模量的短接头复合物。
2011-05-24 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Accelerated estimation of long-timescale kinetics by combining weighted ensemble simulation with Markov model "microstates" using non-Markovian theory
加权系综（WE）模拟策略提供了无偏采样的非平衡过程，如分子折叠或绑定，但提取的速率常数依赖于表征稳态行为。不幸的是，足够复杂的复杂系统的WE模拟将不会放松到稳定状态的观测模拟时间。在这里，我们表明，一个后模拟聚类的分子配置到“microbins”使用马尔可夫状态模型（MSM）社区开发的方法，可以产生无偏动力学从WE数据之前，稳态收敛的WE模拟本身。由于WE轨迹是定向的，而不是均衡分布的，因此可以使用历史增强MSM（haMSM）公式，该公式对于任意小的滞后时间产生无偏差的平均首次通过时间（MFPT）。精确的动力学可以得到，而绕过往往禁止收敛要求的非平衡加权合奏。我们验证了一个简单的扩散过程中的二维随机能量景观的方法，然后分析原子蛋白质折叠模拟使用我们分子动力学。我们报告了无偏估计蛋白质折叠时间和途径的重大进展，但仍然存在关键挑战。
2020-10-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Non-Equilibrium Markov State Modeling of the Globule-Stretch Transition
我们描述了一个系统的方法来构建粗粒度的马尔可夫状态模型，从分子动力学数据的系统驱动到一个非平衡稳态。我们应用这种方法研究了剪切流中单个栓系模型聚合物的球拉伸转变。粗粒度模型的折叠/展开速率与原始详细模型一致。我们表明，折叠/展开的收益通过相同的狭窄区域的配置空间，但沿着不同的周期。
2016-11-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Testing simplified protein models of the hPin1 WW domain
人类Pin 1蛋白的WW结构域因其简单的拓扑结构和大量的实验数据而成为评估蛋白质折叠理论方法的理想候选者。目前的工作的目的是比较的可靠性的化学为基础的Sorenson/头戈登（SHG）模型和一个标准的本地为中心的模型，在再现通过分子动力学模拟一些众所周知的功能，这个小域的折叠过渡。我们的研究结果表明，高模型正确地再现了合作，两个国家，折叠机制的WW-domain，而SHG模型预测的过渡发生在两个阶段：崩溃后，结构重排。在SHG模拟中缺乏合作折叠似乎与能量景观的非漏斗形状有关，其特征在于对应于不同链手性的子盆地中的原生谷的分区。然而，SHG方法在估计$Φ$值时相对于Gō-like描述仍然更可靠。这可能表明WW-domain折叠过程也受到能量和拓扑因素的影响，并且它突出了基于化学的模型在模拟突变中的更好适用性。
2006-07-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Conformational Transitions in Molecular Systems
蛋白质是生物系统中的“工作马”。几乎所有的功能都涉及特定的蛋白质。它们控制分子运输过程，稳定细胞结构，酶催化化学反应;其他在分子合成过程的复杂机器中充当分子马达。由于它们的重要性，蛋白质的错误折叠和功能障碍通常会导致灾难性的疾病，如阿尔茨海默病和牛海绵状脑病（BSE）。因此，对氨基酸组成、几何结构和生物功能三位一体的理解是自然科学最重要的挑战之一。在这里，我们在蛋白质折叠过程中，伴随着结构形成的构象转变一瞥。
2009-02-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Single-molecule stochastic resonance
随机共振是动力系统中的一种常见现象。它包括随机噪声辅助下系统响应的放大和优化。在这里，我们进行了第一次实验研究SR在单一的DNA发夹，表现出合作折叠/展开过渡的作用下施加的振荡机械力与光镊。通过改变力振荡的频率，我们研究了在周期性驱动的自由能势中DNA发夹的折叠/去折叠动力学。我们测量了几个SR量化器在不同条件下的实验装置，如陷阱刚度和长度的分子手柄用于单分子操作。我们发现，信噪比（SNR）的测量波动的DNA发夹的分子延伸的光谱密度是一个很好的量化的SR。SNR的频率依赖性表现出一个峰值的共振匹配条件下给出的频率值。最后，我们进行了实验，显示如何SR可能是有用的，以提高检测低信噪比的构象分子转换的短发夹。
2012-12-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
