Biological signaling by interfacial sound pulses. A physics approach
生物信号被认为是激活和运输的结合。前者是由局部分子相互作用引发的，后者是分子扩散的结果。然而，通信的其他基本物理原理尚未得到解决。我们最近表明，脂质界面允许声脉冲的激发和传播。在这里，我们证明，这些可逆的扰动可以控制膜嵌入酶的活性，而不需要分子转运。因此，它们允许远距离生物实体（例如受体和酶）之间以声速（在此为膜内1 m/s的量级）快速通信。该机制的报道提供了一个新的物理框架的生物信号。
2016-12-06 physics.bio-ph
Resonant second-harmonic-generation circular-dichroism microscopy reveals molecular chirality in native biological tissues
传统的线性旋光性效应广泛应用于手性材料的研究。然而，差的对比度和工件由于样品的各向异性限制了这些方法的适用性。在这里，我们表明，非线性二次谐波产生圆二色光谱显微镜可以克服这些限制。在完整的胶原组织中，以亚微米的空间分辨率观察到清晰的光谱共振。通过对蛋白质逐步变性的研究，我们发现共振响应主要是由于分子的手性。
2016-02-15 physics.bio-ph physics.optics
Nebula-Relay Hypothesis: The Chirality of Biological Molecules in Molecular Clouds
生物分子的手性之谜被认为与生命的起源密切相关，至今仍是一个谜。在此之前，我们提出了一个关于生命起源的新模型，即星云中继假说，该假说假设地球上的生命起源于太阳前身恒星的行星系统，然后在其死亡后填充到太阳前星云中。由于原始生命在前太阳星云中存在了很长时间，手性生物分子是否在这一时期形成？我们在这项工作中探索了这种可能性，发现分子云的超低温环境有利于生物分子的手性聚合物链的生成。
2022-02-28 astro-ph.EP physics.bio-ph physics.pop-ph
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
Do biological molecular machines act as Maxwell's demons?
纳米等温机械不仅是能量的传递者，而且是信息的传递者。我们表明，广义涨落定理与信息创造和熵减少可以满足酶分子机器的随机动力学，这提供了一个选择的工作性能在各种方式。这种动态的一个模型，指定的一个关键的复杂网络，进行了研究。这项研究的主要结论是，自由能的处理必须区别于组织的处理，我们确定了一个充分定义的热力学变量。麦克斯韦恶魔利用熵减少来创造信息，从前一个角度来看，信息可以用于减少能量损失，因此最终用于工作的性能。然而，从后一种观点来看，它可以用于其他目的，例如分子识别。这可以是生物分子机器的情况。从生物学的角度来看，确定信息的产生和储存发生在自由能转导周期完成之前的长期短暂阶段是重要的。从更广泛的物理学角度来看，一个假设可能特别重要，即信息是组织的变化，是系统状态的热力学函数。
2017-02-03 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exact and efficient calculation of derivatives of Lagrange multipliers for molecular dynamic simulations of biological molecules
在生物分子的模拟中，通常对最快自由度施加约束以增加时间步长。所涉及的约束力的评估必须以有效的方式进行，否则它将成为计算中的瓶颈;出于这个原因，线性缩放计算方法已被广泛使用。如果使用阶数大于2的积分器（例如Gear预估-校正方法）来求解原子的轨道，则还需要计算作用在原子上的力对时间的导数，其中包括约束力的导数。在这封信中，我们证明了这样的计算可以进行分析线性缩放的数值复杂度（O（Nc），Nc的约束的数量）。这保证了约束分子动力学计算与高阶积分的可行性。
2019-10-31 physics.bio-ph physics.comp-ph
Molecular dynamics study of accelerated ion-induced shock waves in biological media
我们提出了一个分子动力学研究的影响，碳和铁离子诱导冲击波的DNA双链体在液态水。我们使用MBN Explorer模拟包中实现的CHARMM力场来优化和平衡不同大小和形状的液体水箱中的DNA双链体。根据离子沉积的能量激发水分子的平移和振动自由度，并模拟了液态水中的后续冲击波。所产生的压力波进行了研究，并与分析流体动力学模型，作为一个基准，用于评估模拟箱的适用性进行了比较。DNA主链键中的能量沉积也被监测为生物损伤的估计，这超出了分析模型的可能性。
2016-04-21 cond-mat.soft physics.bio-ph
Studying chemical reactions in biological systems with MBN Explorer: implementation of molecular mechanics with dynamical topology
分子力学力场的概念在研究生物分子系统中的各种过程中已被广泛接受。在本文中，我们提出了一个修改的标准CHARMM力场，允许动态变化的分子拓扑结构的系统模拟。修改后的力场的实施进行了流行的程序MBN资源管理器，并支持的发展，我们提供了几个说明性的案例研究，动态拓扑是必要的。特别是，它表明，修改后的分子力学力场可以应用于研究过程中，化学键的断裂起着至关重要的作用，例如，在辐射或碰撞引起的损伤中，以及在涉及生物分子系统的转化和断裂过程中。
2015-11-30 physics.bio-ph physics.chem-ph
The physical language of molecular codes: A rate-distortion approach to the evolution and emergence of biological codes
生物体的功能取决于其信息处理网络的性能，该网络通过分子识别传递信息。这些网络中的许多路径利用分子密码本，如遗传密码，将一类分子中的信息翻译成另一种分子“语言”。本文探讨了率失真理论的分子码的出现和演变，并回顾了这种方法的最新成果。我们讨论了如何通过优化其分子编码机制来最大限度地提高生物体适应性的生物学问题等价于设计最佳信息通道的通信工程问题。分子密码的适应性考虑了通道的质量和生物体在构建和维护通道时所需投入的资源成本之间的相互作用。我们分析了一个种群的生物体，根据其代码的健身竞争的动态。该模型提出了一个通用的机制出现的分子代码作为一个相变的信息通道。这种机制被放入生物学背景下，并在一个简单的例子中证明。
2010-07-26 cs.IT math.IT physics.bio-ph
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
Molecular sorting on a fluctuating membrane
本文通过理论分析与数值模拟，研究波动膜上类卡西米尔力如何在直接分子间相互作用较弱时促进分子分选，发现其可降低分选结构域形成的临界半径并增强分子捕获，且膜与超分子结构域的相对刚性是控制分选效率的关键参数。
2025-03-10 physics.bio-ph
Theoretical Perspectives on Biological Machines
许多生物功能是由分子机器执行的，它们消耗能量并将其转化为机械功。生物机器已经进化到运输货物，促进蛋白质和RNA的折叠，重塑染色质和复制DNA。这些机器的一个共同点是，它们的功能被驱动出平衡。为理解生物机器的功能提供一个通用的框架是一个挑战，如分子马达、分子伴侣和解旋酶。使用这些机器作为原型的例子，我们描述了一些一般的理论方法，提供洞察他们的功能。虽然这些理论依赖于这些复杂系统的粗粒化，但它们已被证明不仅在解释许多体外实验方面有用，而且还解决了诸如如何平衡精度，能量成本和最佳性能之间的权衡等问题。然而，与生物机器相关的许多复杂性将要求人们超越当前的理论方法。这种酶中的简单点突变可以彻底改变功能，使马达双向或导致意想不到的疾病，或大大限制分子伴侣帮助蛋白质折叠的能力。这些例子提醒我们，虽然寻找生物学中的一般性原则是智力上的刺激，但人们也应该记住，必须考虑分子细节，以更深入地理解生物机器驱动的过程。超越对体外行为的一般描述，真正理解体内功能，在未来一段时间内可能仍然是一个重大挑战。仔细的实验和物理原理的应用相结合，将有助于阐明生物机器的工作规则。
2019-08-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Nonspecific biological effects of weak magnetic fields depend on molecular rotations
自由基对机制是动物磁导航的主要假设。这种机制将磁感觉与视觉系统相关联，眼睛视网膜的隐花色素中的自由基对是调节视紫红质介导的光感受的专门的磁受体。生物学中也有非特异性的磁效应，它们大多是偶然发生的，起源于弱磁场与微观水平上分散在生物体各处的磁矩的相互作用。自由基对机制不能解释这种类型的反应有很多原因。我们以前已经证明，上述相互作用有一个有限的概率导致一个可观察的。在这里，我们发展我们的物理模型的情况下，磁矩位于旋转分子的非特异性磁效应。我们概括了最近的实验结果在植物中的基因表达在恒定磁场中，并表明，旋进的磁矩，驻留在旋转分子可以减慢相对于直接的生物物理结构。用量子力学的语言来说，磁矩的量子能级的交叉与分子的旋转结合起来解释了非特异性的磁效应，并导致了与实验非常一致的磁场依赖性。
2018-02-08 physics.bio-ph
Molecular fingerprinting of biological nanoparticles with a label-free optofluidic platform
本文提出一种结合数字全息与PDMS微流控的无标记光流控平台，利用支撑脂质双层实现多重免疫亲和测定，可对生物纳米颗粒进行单颗粒灵敏度指纹分析，并成功区分四种卵巢细胞外囊泡群体。
2023-08-11 physics.bio-ph q-bio.QM
Quantum probe for molecular synthesis at room temperature
本文研究了一种生物化学中的典型反应，该反应涉及一种名为咪唑（C3H4N2）的生物分子及其对过渡金属（如Co、Ni、Cu、Fe等）的亲和力。已经被用来说明和验证弹道导体作为量子水平上的分子反应的探针的使用。过渡金属Co的原子点接触是使用电沉积，然后在水溶液中与咪唑反应。由于咪唑分子与Co原子共价键合，纳米接触的量子化电导降低，从而为研究分子反应提供了量子探针。在反应过程中，由于Co与咪唑的共价键合，纳米接触内的不同电导通道变得不可用，从而也提供了研究对纳米接触本身中的总电导有贡献的通道数量的手段。
2004-01-22 physics.bio-ph physics.ins-det
Biological implications of possible unattainability of comprehensive, molecular-resolution, real-time, volume imaging of the living cell
尽管在生物成像方面取得了令人印象深刻的进展，但今天没有成像模式以全面的方式生成实时在活细胞内部深处工作的拥挤分子的高分辨率图像。在本文中，我们提出了一个相反的问题：如果这种成像是\emph{fundamentally}不可能的呢？我们认为，某些退相干过程可以被抑制，因为细胞的内部工作没有被密切“观察”在量子力学意义上，所暗示的假设不可能成像。当然，“湿热”的活细胞不应该仅仅因为缺乏观察而表现出量子行为。尽管如此，我们还是要继续努力，看看\emph{might}由于缺乏向外的信息流而导致的结果。我们认为，在细胞中的混沌动力学可以量子力学抑制-量子混沌学中的一个已知现象，这是潜在的抵抗各种机制的出现经典。我们还考虑了可能寻求支持/反对这种可能性的实验证据的地方。
2017-03-09 physics.bio-ph quant-ph
Multilayer flows in molecular networks identify biological modules in the human proteome
各种复杂系统同时表现出不同类型的关系，可以用多重网络来建模。一个典型的问题是确定这样的系统，在一般情况下，取决于一个或多个参数进行调整的社区结构。在这项研究中，我们提出了一种措施，基于信息论，找到最佳值的松弛率表征多路信息地图，推广的信息地图算法的领域的多层网络。我们评估我们的方法在合成网络，以表明，最具代表性的社区结构，可以可靠地确定时，使用最合适的放松率。利用这些结果，我们使用这种方法来确定最可靠的中尺度功能组织在人类蛋白质相互作用多重网络和比较观察到的集群对一组独立注释的基因集从分子签名数据库（MSigDB）。我们的分析表明，与最佳值的松弛率得到的模块是生物学上显着的，显着，具有更高的功能内容比从人类蛋白质组的总表示。我们的框架使我们能够表征这些多层系统的中尺度结构，这些系统的层之间没有明确的相互连接-就像边缘着色模型一样-这些模型描述了大多数生物网络，从蛋白质组到连接组。
2018-01-30 physics.bio-ph physics.soc-ph q-bio.MN
Hyperpolarization of Amino Acid Derivatives in Water for Biological Applications
我们报告了N-未保护的α-氨基酸丙烯酸乙酯的成功合成和超极化，并广泛报道了通过PHIP（4.4 $\pm$ 1% $^{13}$ C-极化）超极化的丙氨酸衍生物，满足体内检测所需的水平。使用水作为溶剂增加了生物相容性，并且预期不存在N-保护以保持生物活性。
2017-11-05 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Heterogeneous biological membranes regulate protein partitioning via fluctuating diffusivity
本文利用朗之万动力学与相场方法模拟异质生物膜，揭示了蛋白质在有序/无序域中的扩散率涨落及亚扩散机制，并定量证明域间扩散率差异、域偏好和分子浓度共同决定蛋白质分配。
2023-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The Demon Hidden Behind Life's Ultra-Energy-Efficient Information Processing -- Demonstrated by Biological Molecular Motors
针对数字架构高能耗与生物系统超低能耗信息处理的巨大差异，本研究通过单分子实验建立了位置信息与机械功的定量对应关系，证明分子机器利用Brownian motion中的功能性涨落实现类Maxwell's demon的超高效信息-能量转换机制。
2025-10-31 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Investigating the Molecular Design Mechanism Behind the Hydrophobicity of Biological Surface Nanostructures: Insights from Butterfly and Mosquito Systems
本研究借助粗粒化分子模拟与自由能势垒评估体系，以蝴蝶翅膀和蚊子眼睛为模型探究生物表面纳米结构疏水机制，发现新中间态，为高性能仿生疏水材料开发及多领域应用提供理论支撑。
2024-04-18 physics.bio-ph
Simulation toolkits at the molecular scale for trans-scale thermal signaling
产热是细胞内生物化学反应释放热量的生理活动。最近的实验研究发现，外部施加的热局部改变细胞内信号，导致细胞形态和信号的全局变化。因此，我们假设在整个空间尺度从分子到个体生物体的调节生物系统功能的产热的不可避免的贡献。检验该假设的一个关键问题，即“跨尺度热信号传导”，存在于分子尺度上，关于通过个体反应释放的热量以及通过何种机制将热量用于细胞功能操作。这篇评论介绍了原子模拟工具包，用于研究热信号过程的机制，在分子尺度上，即使是国家的最先进的实验方法，今天是很难访问。我们认为生物过程和生物分子是细胞中的潜在热源，如ATP/GTP水解和多种生物聚合物复合物的形成和分解。微观放热可以通过导热系数和热传导与介观过程相关。此外，理论模拟，以估计这些生物膜和蛋白质的热性能。最后，展望了该领域未来的研究方向。
2023-02-24 physics.bio-ph q-bio.QM
Energy Transfer in molecular devices
蛋白质机器通常表现出不同位点之间的长程相互作用，以实现其生物学任务。我们研究和表征了蛋白质器件中的非线性能量局域化和能量传递的基本机制。通过研究两种不同的模型蛋白质机器，具有不同的生物功能，我们表明，真正的非线性现象是负责不同的机器网站之间的能量传输参与的生物功能。从能量的角度来看，能量转移是非常有效的：通过改变最初提供给模型设备的能量，我们确定了一个明确定义的能量范围，其中能量传输发生的时间是最小的，转移的能量是最大的。此外，通过引入一个隐式溶剂，我们表明，能量是本地化的蛋白质结构的内部残基，从而最大限度地减少耗散。
2014-10-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Synthesis, characterization, and biological evaluation of gelatin-based scaffolds
本论文介绍了熵弹性明胶为基础的网络的薄膜或支架的形式的发展。该材料具有良好的生物医学应用前景，特别是在骨再生方面。制备了具有不同交联密度的熵弹性明胶基水凝胶膜，其具有定制的机械性能。明胶在高于其溶胶凝胶转变的水溶液中共价交联，这抑制了明胶链的螺旋度。制备了溶胀度和湿态杨氏模量可调的非晶薄膜。利用这种散装材料获得的知识被转移到发泡和交联的集成过程中，以获得多孔明胶基支架。在皂苷存在下使明胶溶液发泡，并通过与二异氰酸酯化学交联固定所得泡沫。在干燥状态下通过微计算机断层成像（μCT，孔隙率：65 \pm 11-73 \pm 14体积%）分析支架，和扫描电子显微镜（SEM，孔径：117 \pm 28-166 \pm 32 μm）。在用水平衡后，支架是形状稳定的，并且在去除机械载荷后显示形状恢复。的组合物依赖的压缩模量（Ec：10 - 50 kPa）相媲美的体积微机械杨氏模量，这是通过原子力显微镜（AFM）测量。可以调整水解降解曲线，并观察到机械性能的受控降低。体外细胞毒性和免疫反应分析。用L929细胞进行间接粘附试验，以获得完全细胞相容的支架。此外，在体外研究了材料免疫应答。通过使用低内毒素明胶并在洁净室中进行所有合成步骤，成功实现了最小的材料内毒素污染（<0.5 EU/mL）。
2011-01-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Coupling Lattice Boltzmann with Atomistic Dynamics for the multiscale simulation of nano-biological flows
我们描述了最近的多尺度方法的基础上并发耦合的约束分子动力学长的生物分子与介观晶格玻尔兹曼处理溶剂流体动力学。多尺度的方法是基于一个简单的计划，原子和介观尺度之间的时空信息的交换，并能够描述自洽的流体动力学效应的分子运动的计算成本与溶质的大小和溶剂的体积线性缩放。对于我们的多尺度方法的应用，我们认为通过纳米孔的生物聚合物易位的研究问题：我们发现，该方法再现具有显着的准确性的统计标度行为的易位过程，并提供了有价值的洞察生物聚合物和流体动力学运动的合作方面。
2007-10-05 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Multiscale Biomolecular Simulations in the Exascale Era
本文综述百亿亿次级超级计算机上面向QM/MM MD的多尺度生物分子模拟现状与前景，并介绍作者开发的高性能通用模拟框架及其机制研究应用。
2024-04-03 physics.bio-ph physics.chem-ph
Exact and efficient calculation of Lagrange multipliers in constrained biological polymers: Proteins and nucleic acids as example cases
为了加快分子动力学模拟的速度，通常会对分子动力学模拟的最硬自由度施加完整约束。以这种方式，可以增加用于积分运动方程的时间步长，从而原则上允许达到更长的总模拟时间。这种约束的施加导致了Nc方程（约束方程）和未知数（其相关的拉格朗日乘子）的一个集合，其必须在动力学的每个时间步长以一种或另一种方式求解。在这项工作中，它表明，由于基本上是线性结构的典型的生物聚合物，如核酸或蛋白质，代数方程，需要解决的涉及一个矩阵，如果约束条件被标记在一个聪明的方式。这允许通过非迭代过程获得拉格朗日乘子，其可以被认为精确到机器精度，并且其需要O（Nc）操作，而不是一般分子系统的通常O（Nc 3）。我们开发的形式主义，并描述了适当的索引的一些模型分子，烷烃，蛋白质和DNA。最后，我们提供了一个数值例子的技术在一系列的聚丙氨酸肽的不同长度的琥珀分子动力学包。
2011-03-23 physics.bio-ph physics.comp-ph
Molecular Response in One-Photon Absorption via Natural Thermal Light vs Pulsed Laser Excitation
光诱导的生物过程通过自然光中的单光子吸收发生，自然光是弱的、连续的和非相干的，但通常在实验室中使用脉冲相干光进行研究。在这里，我们比较了一个分子的响应，这两个非常不同的来源在一个量化的辐射场图片。后者示出诱导相干的时间演化的分子，而前者没有。因此，在实验室实验中观察到的相干时间依赖性将与自然生物过程无关。重点放在解决这个问题上的困惑，表现出从量子测量的方面，并从缺乏欣赏的吸收光子的适当描述。
2012-12-02 physics.bio-ph quant-ph
Fourier synthesis optical diffraction tomography for kilohertz rate volumetric imaging
本文提出傅里叶合成光学衍射层析技术（FS-ODT），通过复用数十个照明角度实现千赫兹速率的3D折射率定量成像，为生物物理和软物质高速动力学研究提供了新方法。
2024-05-08 physics.bio-ph physics.optics
AI-based analysis of super-resolution microscopy: Biological discovery in the absence of ground truth
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Simon Fraser University（西蒙弗雷泽大学）；Birzeit University（比尔宰特大学）
本文介绍利用弱监督人工智能分析超分辨显微数据，以在缺乏真实标注下探索亚细胞纳米结构，加速生物学发现。
2024-05-27 cs.AI cs.CV cs.LG
Single-molecule experiments in biological physics: methods and applications
我回顾了生物物理学中的单分子实验（SME）。最近的技术发展提供了设计和建造具有足够高灵敏度和精度的科学仪器的工具，以操纵和可视化单个分子并测量微观力。使用SME可以：一次操作一个分子并测量描述分子特性的分布;表征生物分子反应的动力学;检测分子中间体。SME提供了有关生物分子过程的热力学和动力学的额外信息。这补充了在传统批量测定中获得的信息。在SME中，还可以测量生物分子反应中的小能量和检测大的布朗偏差，从而提供新的方法和系统来仔细研究统计力学的基本基础。这篇评论是写在一个非常介绍性的水平，强调中小企业的重要性，科学家有兴趣知道的共同游乐场的想法和跨学科的主题，这些技术访问。审查讨论中小企业从实验的角度来看，首先暴露了最常见的实验方法，后来提出了各种分子系统，这些技术已被应用。简要介绍了原子力显微镜（AFM）、激光光镊（LOT）、磁镊（MT）、生物膜力探针（BFP）和单分子荧光（SMF）等实验技术。然后，我介绍了SME的几个应用程序的研究核酸（DNA，RNA和DNA缩合），蛋白质（蛋白质-蛋白质相互作用，蛋白质折叠和分子马达）。最后，讨论了SME在小系统非平衡热力学研究和涨落定理实验验证中的应用。最后，我讨论了开放的问题和未来的前景。
2006-09-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
Energetic costs, precision, and efficiency of a biological motor in cargo transport
分子马达在组织细胞内部中起着关键作用。在货物运输中有效的马达将沿着细胞骨架细丝以高速度和运输距离（或时间）的最小误差移动，同时消耗最少量的能量。然而，电动机的行进距离及其变化在物理上受到消耗的自由能的约束。最近制定的\emph{thermodynamic uncertainty relation}提供了一个理论框架的能量精度权衡关系无处不在的生物过程。根据该关系式，测量$\mathcal{Q}$（从电动机耗散的热与位移中的平方相对误差之间的乘积）具有最小理论界限（$\mathcal{Q} \geq 2 k_B T$），当电动机的时间轨迹对于给定量的自由能输入最大规则时，接近该最小理论界限。在这里，我们使用$\mathcal{Q}$来量化生物马达的运输效率。对几种类型分子马达的运动数据的分析表明，$\mathcal{Q}$是ATP浓度和负荷（$f$）的复杂函数。对于驱动蛋白-1，$\mathcal{Q}$在$f\approx 4$ pN和广泛的ATP浓度范围（1 $μ$ M - 10 mM）内接近理论结合，并在[ATP] $\approx$ 200 $μ$ M时局部最小化。与此形成鲜明对比的是，对于具有较长颈连接体的突变体，该局部最小值消失，并且$\mathcal{Q}$的值显著更大，这强调了分子结构的重要性。本文研究的生物马达的转运效率在细胞条件下进行了半优化（[ATP] $\ap…
2019-06-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Molecular Recognition as an Information Channel: The Role of Conformational Changes
分子识别是生物系统中处理信息的关键，它发生在拥挤嘈杂的生物化学环境中，需要在各种相似竞争分子的背景下识别特定的靶标。我们认为分子识别作为一个信息的传输，通过一个嘈杂的通道，并使用这种类比，以获得最佳的见解，或最合适的，分子识别器。我们专注于分子的最佳结构特性，如灵活性和构象。我们发现，结合时，这往往发生在分子识别过程中的构象变化，可能会优化识别器的检测性能。因此，我们提出了一个通用的设计原则，称为“构象校对”，其中变形增强检测。我们评估的最佳灵活性的分子识别器，这是类似的随机性的决策单元。在某些情况下，灵活的识别器，即，随机决策单元比刚性的、确定性的单元执行得更好。作为一个生物学的例子，我们讨论了同源重组过程中的构象变化，两条DNA链之间的遗传交换过程。
2010-07-26 cs.IT math.IT physics.bio-ph
