Energetic frustrations in protein folding at residue resolution: a simulation study of homologous immunoglobulin-like \b{eta}-sandwich proteins
非天然残基相互作用是近年来蛋白质折叠研究的热点。实验和理论研究已经开始捕捉可能主导蛋白质折叠关键事件的非天然接触。然而，由于复杂的折叠机制，非天然残基间相互作用引起的能量挫折没有系统地表征。最近，我们研究了一组同源的全α蛋白质的折叠，发现基于非天然接触的能量挫折与蛋白质天然接触网络密切相关。在本文中，我们研究了九个同源的免疫球蛋白样（Ig-like）\b{eta} -夹心蛋白的折叠和检查所造成的非天然残基间相互作用的能量挫折，基于分析的残余φ值和接触地图的过渡态系综。蛋白质共享相似的三级结构，从而最小化蛋白质折叠中的拓扑挫折差异，并突出显示由疏水-疏水突变引起的能量挫折的影响。我们的计算表明，充满活力的挫折有高度异质性的影响，大多数二级结构的折叠和折叠之间的相关性不同的折叠补丁的\b{eta}夹心蛋白。模拟结果显示，在\b{eta} -三明治结构域中，能量挫折和天然接触网络之间存在强烈的相互作用，这确保了\b{eta} -三明治结构域遵循共同的折叠机制。我们的研究结果表明，\b{eta}夹心蛋白的折叠过程可能会重新设计，通过仔细操纵残基水平的能量挫折。
2017-01-27 physics.bio-ph q-bio.BM
The effect of point mutations on energy conduction pathways in proteins
利用简单的弹性网络模型对心肌Ryanodine受体RyR 2 N端173个氨基酸结构域的能量响应性残基进行了鉴定。以相关方式响应于空间相邻残基的波动的残基指定通过蛋白质的氢键路径。蛋白质的进化保守残基都位于这条路径上或其附近。该路径的所有残基要么位于蛋白质的两个Mir结构域上，要么与它们氢键结合。基于对另一种钙通道受体--三磷酸肌醇受体（IP 3R）的弹性网络分析结果，提出了两个钙结合残基E171和E173为潜在的结合区域。对导致A77 V突变的RyR 2的疾病的分析表明，该路径被某些残基的能量响应性的丧失所破坏。
2011-11-22 physics.bio-ph q-bio.BM
Encoding protein dynamic information in graph representation for functional residue identification
National Taiwan University（台湾大学）
蛋白质功能预测的最新进展利用基于图的深度学习方法将蛋白质的结构和拓扑特征与其分子功能相关联。然而，蛋白质在体内不是静态的，而是动态的分子，它们为了功能目的而改变构象。在这里，我们应用正常模式分析天然蛋白质的构象和增强蛋白质图之间的动态相关的残基对连接边缘。在多标签函数分类任务中，我们的方法基于这种动态信息表示展示了显着的性能增益。建议的图神经网络，ProDAR，增加了残基水平的注释的可解释性和概括性，并鲁棒地反映了蛋白质的结构细微差别。我们阐明了动态信息的重要性，在图形表示通过比较类激活图的hMTH 1，nitrophorin，和SARS-CoV-2受体结合域。我们的模型成功地学习了蛋白质的动态指纹，并精确定位了功能影响的残留物，具有广泛的生物技术和制药应用的巨大潜力。
2022-06-10 cond-mat.soft cs.LG physics.atm-clus
Topological features of proteins from amino acid residue networks
天然折叠的拓扑特性，从160个低同源性蛋白质的统计分析，涵盖了四个结构类。这是通过分析与相应的氨基酸残基网络相关的量的一个、两个和三个顶点联合分布来完成的。强调氨基酸残基的疏水性，导致其质心的定义为顶点，在这个接触网络模型与边缘表示的相互作用。网络分析有助于我们解释实验结果，如疏水尺度和埋藏的可达表面积的网络连接方面的分数。为了探索顶点类型依赖的相关性，我们建立了一个网络的疏水性和极性顶点。该程序给出了球状蛋白拓扑结构的接线图，导致疏水-疏水0.424（5）、疏水-极性0.419（2）和极性-极性0.157（3）残基之间的连接概率。
2006-01-18 physics.bio-ph q-bio.BM
Surface residues dynamically organize water bridges to enhance electron transfer between proteins
细胞能量的产生依赖于蛋白质之间的电子转移（ET）。在这项理论研究中，我们调查的氧化还原蛋白甲胺脱氢酶和amicyanin从副球菌的电子耦合之间的结构和构象变化的影响。我们使用分子动力学模拟产生配置超过40 ns的持续时间（采样间隔为100 fs）结合ET途径分析，以估计ET耦合强度的每个配置。在野生型复合物中，我们发现，最常见的分子配置提供优越的电子耦合由于一致存在的水分子之间的供体和受体位点的氢键。我们把这种水桥的持久性归因于由受体位点周围的几个疏水残基组成的“分子防波堤”。防波堤支持附近的溶剂组织残基的功能，通过限制空间限制ET区域和更动荡的周围散装之间的水分子的交换。当防波堤受到突变的影响时，大量溶剂分子破坏水桥，导致电子耦合减少，这与最近的实验结果一致。我们的分析表明，除了使协会和对接的蛋白质，表面残基稳定和控制蛋白质间的溶剂动力学以协调一致的方式。
2010-06-22 physics.bio-ph
The effect of the range of interaction on the phase diagram of a globular protein
热力学微扰理论被应用于由ten Wolde和Frenkel（Science 277，pg.1976）使用计算机模拟研究的球状蛋白质模型。据发现，报告的相图准确地再现。计算表明，如何可以调整的相图作为一个功能的长度尺度的潜力。
2005-03-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Fractal Structure of Shortest Interaction Paths in Native Proteins and Determination of Residues on a Given Shortest Path
最短路径的分形结构强烈依赖于残基间相互作用的截止距离。最短路径的维数作为交互截止距离的函数来计算。当步长大于6.8 μ m时，最短路径是自相似的，分形维数为1.12。路径在6.8 μ m以下是多重分形的。遍历最短路径的步骤的数量是一个不连续的功能，在短的截止值的截止大小，显示突然减少到较小的值作为截止距离的增加。当信息沿着最短路径的方向传播时，大量的残基受到影响，因为它们是最短路径残基的相互作用邻居，因此，几个残基扩散地参与信息传输，这可以用本模型来识别。给出了一种确定给定最短路径的剩余的算法，最短路径剩余是信息传输过程中的高访问剩余。这些路径被证明是躺在高熵景观的蛋白质，其中熵是采取增加与丰富的访问节点在信号传输。
2014-07-25 physics.bio-ph q-bio.BM
Demonstrated convergence of the equilibrium ensemble for a fast united-residue protein model
由于蛋白质全原子模拟的时间尺度限制，人们对粗粒度方法产生了浓厚的兴趣。一些方法，如“决议交换”，[E。Lyman等人，物理修订信函96，028105（2006）]可以加速正则全原子采样，但需要适当分布的粗糙系综。因此，我们证明，完全采样确实可以实现在一个充分简化的蛋白质模型，最近开发的收敛性分析验证。该模型考虑了蛋白质骨架的几何形状，刚性肽平面根据原子定义的二面角旋转，但每个残基只有两个自由度（phi和psi二面角）。我们的收敛性分析表明，小蛋白质（在我们的测试中多达89个残基）可以在不到一周的时间内在单个处理器上模拟超过50个“结构去相关时间”。我们表明，波动行为是合理的，以及讨论的应用程序，限制和扩展的模型。
2007-03-24 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Residue network in protein native structure belongs to the universality class of three dimensional critical percolation cluster
单个蛋白质分子被认为是氨基酸残基的接触网络。一些研究表明，该网络是一个小世界网络（SWN），而其他结果暗示，这是一个分形网络（FN）。然而，SWN和FN在最短路径长度对节点数的依赖性上有本质的不同。在本文中，我们研究了这种依赖性在天然结构的蛋白质的残基接触网络，并表明网络不是SWN，但FN。FN通常具有多个维度的特征。其中，我们着重于三个维度;网络拓扑维数$D_c$，分形维数$D_f$，和频谱维数$D_s$。我们发现蛋白质普遍产生$D_c \approx 1.9$、$D_f \approx 2.5$和$Ds \approx 1.3$。这些值与三维临界渗流团簇中的值惊人地吻合。因此，蛋白质天然结构中的残基接触网络属于三维渗流簇的普适类。关键性与蛋白质天然结构的矛盾性质有关，即，稳定性和不稳定性的共存，这两者都是蛋白质作为分子机器或变构酶发挥作用所必需的。
2008-09-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Solvated dissipative electro-elastic network model of hydrated proteins
ElasticSlogok将粗粒蛋白质建模为由弹簧连接的残余珠粒网络。我们添加耗散动力学，这个机械系统应用过阻尼朗之万运动方程的正常模式振动的网络。此外，该网络是异质的，并在蛋白质表面软化的电离残留物的水合作用。溶剂化以两种方式改变网络Hessian。对角溶剂化项软化的弹性常数和非对角偶极-偶极项相关的电离残留物的位移。该模型被用来制定的静电势和电场出现在氧化还原反应和光谱学理论的响应函数。我们还制定的蛋白质的介电响应，并发现，溶剂化的表面电离残留物导致在介电损耗谱中的一个缓慢的弛豫峰，约两个数量级慢于蛋白质弛豫的主峰。最后，溶剂化的网络被用来制定的变构反应的蛋白质离子结合。离子结合的全局热力学不受网络溶剂化的强烈影响，但它显着增强了响应于在蛋白质的活性位点放置电荷的构象变化。
2012-07-04 physics.bio-ph
The crystallization of asymmetric patchy models for globular proteins in solution
不对称斑片状颗粒模型最近被证明可以描述小球状蛋白质的结晶与近定量的准确性。在这里，我们研究如何在补丁几何形状和键能的不对称性一般影响相图和成核动力学的这个家庭的软物质模型。我们发现几何不对称的作用是微弱的，但能量不对称显着干扰结晶热力学和动力学。这些结果提供了一个成功和偶尔失败的乔治和威尔逊的蛋白质结晶条件的建议，以及物理指导发展更有效的蛋白质结晶策略的理由。
2013-09-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Distribution of volume, microvoid percolation, and packing density in globular proteins
提出了一种计算分子体系体积特性的快速、精确、内存需求低的网格方法。体积和堆积密度的分布的特点是在球状蛋白质，其中空隙空间被分解成微空隙体积和空腔的基础上，具有可变半径的球形测试探针。通过对测试探针半径的扫描，将微空隙体积映射到现场渗流问题上。应用有限尺寸标度确定临界指数，发现临界指数与三维连通性逾渗指数一致。不同的结果，在文献中关于蛋白质的核心相比，其表面上的堆积密度，并相对于蛋白质的大小，阐明在一个统一的隐式溶剂模型内的微孔体积。通过对模型进行参数化以匹配与实验数据一致的显式溶剂模型的结果，我们验证了球状蛋白质内的堆积密度在空间上是均匀的，并且与蛋白质大小无关。
2018-10-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Organization of the bacterial nucleoid by DNA-bridging proteins and globular crowders
本研究通过粗粒化模型和布朗动力学模拟，揭示了DNA桥联蛋白与球状拥挤剂协同压缩细菌拟核，且蛋白自缔合能力决定拟核呈液态或凝胶态。
2023-11-10 physics.bio-ph
Lysine residues control the conformational dynamics of beta 2-glycoprotein I
蛋白质动力学研究中的一个主要问题是改变构象的可视化，这对从酶催化到信号传导的过程都很重要。表现出构象动力学的蛋白质是可溶性血液蛋白β 2-糖蛋白I（β 2GPI），其以两种构象存在：闭合（环状）形式和开放（线性）形式。据推测，开放构象的比例增加导致自身免疫性疾病抗磷脂综合征（APS）。beta2 GPI的一个特征是赖氨酸残基含量高。然而，赖氨酸在β 2GPI构象动力学中的潜在作用研究得很少。在这里，我们报告的战略，永久打开了封闭的蛋白质构象的化学乙酰化赖氨酸残基使用乙酸N-羟基琥珀酰亚胺酯（NHS-Ac）。通过用氟醛邻苯二甲醛（OPA）试剂定量伯氨基以及用抗乙酰化赖氨酸抗体进行蛋白质印迹分析来证明特异性和完全乙酰化。我们的研究结果表明，乙酰化beta2 GPI保留其二级和三级结构，如圆二色光谱所示。我们发现，赖氨酸乙酰化后，大多数蛋白质是在开放的构象所揭示的原子力显微镜高分辨率图像。使用这种策略，我们证明了赖氨酸残基的静电相互作用在稳定beta2 GPI闭合构象中起着重要作用，正如赖氨酸电荷分布计算所证实的那样。我们预见，我们的方法将适用于其他富含赖氨酸的蛋白质（如组蛋白）经历构象转变。
2020-12-18 physics.bio-ph
Dissipative electro-elastic network model of protein electrostatics
本文提出了一个耗散电弹性网络模型（DENM）来描述蛋白质活性位点静电涨落的动力学和统计特性。该模型结合了谐波网络的残留珠与过阻尼动力学的正常模式的网络特征在于由两个摩擦系数。通过蛋白质力场的原子电荷将静电分量引入模型。网络的静电波动的整体效果是通过在活性位点的静电势和电场的频率依赖性响应函数记录的。我们还考虑了网络中单个残基的位移动态和残基对之间的距离动态。该模型进行了测试对损失谱的残留位移和静电势和电场在血红素的铁从全原子分子动力学模拟三水合球状蛋白。
2011-11-21 physics.bio-ph physics.chem-ph
Maximum allowed solvent accessibilites of residues in proteins
蛋白质中残基的相对溶剂可及性（RSA）衡量该残基在3D结构中的埋藏或暴露程度。RSA经常用于描述蛋白质的生物物理或进化特性。为了计算RSA，残基的溶剂可及性（ASA）需要通过给定氨基酸的合适参考值进行归一化;先前已经提出了几种归一化尺度。然而，这些规模不提供严格的上限ASA值经常观察到的经验晶体结构。相反，他们低估了最大的允许ASA值，高达20%。因此，许多经验晶体结构包含的残基似乎具有超过1的RSA值。在这里，我们推导出一个新的归一化尺度，它确实提供了一个严格的上界所观察到的ASA值。我们追求两个互补的策略，一个是基于经验结构的广泛分析，一个是基于生物药理学允许的三肽的系统枚举。这两种方法产生一致的结果，始终超过公布的值。我们的结论是，以前公布的ASA归一化值太小，主要是因为没有正确识别的构象，最大限度地提高ASA。作为我们的研究结果的应用，我们表明，经验推导出的疏水性尺度是敏感的准确的RSA计算，我们推导出新的疏水性尺度，显示增加相关性与实验测量的尺度。
2013-09-25 physics.bio-ph q-bio.BM
Globular bundles and entangled network of proteins (CorA) by a coarse-grained Monte Carlo simulation
使用一个粗粒度的模型，自组织组装的蛋白质（如CorA和它的内段iCorA）进行了研究，通过检查数量，如接触剖面，回转半径，和结构因子作为蛋白质浓度的函数在一个范围内的低（天然相）到高（变性相）的温度。目视检查显示不同的结构，即在稀释至拥挤的蛋白质浓度下，在多个长度尺度上孤立的球状束至缠结网络。在天然相中，蛋白质的回转半径随蛋白质浓度变化不大，而其内段的回转半径则系统地增大。相反，蛋白质的回转半径显示出巨大的增长与浓度由于缠结，而内段几乎保持不变，在变性相。集体组装的多尺度形态通过从结构因子的缩放估计蛋白质的有效尺寸D来量化：来自内部节段的集体组装保持球形（D约3）而蛋白质链在整个温度范围内由于缠结的存在，除了在低温拥挤环境中，蛋白质链在几乎所有的长度尺度上都呈现稀疏分布的形态，D约为2其中D约为2.6。由于在其天然相中的选择性相互作用，仅具有内部片段的链的更高的形态响应可能比蛋白质链的其余片段更有利于自组织机制。
2019-04-09 physics.bio-ph q-bio.BM
Role of the dihedral angle potential in the nucleation pathway of protein folding
提出了蛋白质折叠成核机理的动力学模型。蛋白质被建模为由具有相等恒定键长和键角的疏水性和亲水性珠粒组成的杂聚物。杂聚物的总能量由非连接珠的排斥/吸引相互作用和所涉及的二面角的贡献决定。它们的参数可以严格定义，不像以前模型的基础是一簇蛋白质残基的不明确的表面张力。作为该模型的一个重要思想，二面角势，其中所选择的珠参与平均所有可能的配置的相邻珠沿蛋白质链。由此产生的平均二面角潜力的残留物是恒定的足够远的集群，但单调增加的距离降低低于阈值。其中残基执行混沌运动的簇周围的总体势是平均二面角势和成对势的组合。作为与簇的距离的函数，它具有双阱形状。内孔中的残基被认为属于簇（蛋白质的折叠部分），而外孔中的残基被视为属于蛋白质的未折叠（尽管是紧凑的）部分。双井形状的潜力周围的集群允许一个确定其发射和吸收率，通过使用第一次通过时间分析和发展的自洽动力学理论的成核机制的蛋白质折叠。对一个含有2500个残基的蛋白质进行数值计算，其残基在天然状态下的扩散系数在10^{-6} cm ^2/s到10^{-8} cm ^2/s之间，预测折叠时间在几秒到几百秒之间。
2006-08-25 physics.bio-ph physics.comp-ph
Essential sub-networks based on contact strength reveal folding kinetics
已经观察到，天然状态的拓扑结构是蛋白质折叠动力学的重要决定因素，并且在双状态小单结构域蛋白质中，折叠速率与相对接触顺序（RCO）之间存在显著相关性。然而，作为一个纯粹的拓扑性质，RCO不考虑残基的相互作用，也发挥了重要作用的折叠动力学。利用残基间的统计接触势，我们在残基接触网络中引入了权，从而定义了加权RCO。使用加权RCO，我们可以捕获具有相同拓扑结构但具有不同序列信息的蛋白质的折叠动力学。通过构造基于成对相互作用强度的基本子网络，我们能够推导出折叠事件冗余序列的特征。我们对48个双态蛋白和超快折叠蛋白以及蛋白CI 2、蛋白G和蛋白L的突变体进行了分析。结果表明：（i）原始残基网络和基本子网络的加权RCO与折叠速率具有显著相关性;（ii）两态折叠的折叠速率依赖于疏水相互作用;（iii）子网络区分了突变体的折叠速率差异，揭示了蛋白质的折叠偏好。
2009-07-21 physics.bio-ph
RinQ: Towards predicting central sites in proteins on current quantum computers
RinQ是一个混合量子-经典框架，将蛋白质中心性检测转化为QUBO问题，利用D-Wave模拟退火求解，在多种蛋白质上准确识别关键残基，与经典基准高度一致。
2025-09-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.QM
A possible role of salt-induced intermediates in the liquid-liquid phase transitions of globular protein dispersions
本文提出了天然（N ~*，N）球状蛋白质在热变性（D ~*）和冷变性（D ~*）之间的水-盐分散体系中液-液（L-L）型相变的一个可能模型。蛋白质中间体（I，I*）是由D N和D* N* 转变过程中的离子非平衡（脱）吸附引起<-><->的，它们参与了L-L微相变，在N和N* 蛋白质的主相中形成团簇和原纤维。因此，与N-蛋白质相比，它们补偿了由蛋白质结构中吸附的盐离子的不平衡分布引起的过量化学势（ChPot）。提出了一个温度模型的行为的ChPots（Δ mui）的各种状态的蛋白质：低温i = D，N，I和高温i = D*，N*，I*，以及它们之间的过渡。在此基础上，提出了溶剂ChPot Δ μ 1的温度依赖性。建立了Δ μ 1极值与L-L转变临界点温度（上、下临界溶解温度）之间的关系。根据相图讨论了蛋白质水盐分散体系在不同温度下渗透压非理想行为的原因。
2022-02-08 cond-mat.soft physics.bio-ph
Deciphering general characteristics of residues constituting allosteric communication paths
考虑到属于四种不同类别（激酶、核受体、肽酶和转录因子）的所有PDB注释的变构蛋白（来自ASD -变构数据库），本工作试图破译构成变构通讯子系统（ACSS）的残基中存在的某些一致模式。ACSS中疏水残基的热波动被发现是显着高于那些存在于相同的蛋白质的非ACSS部分，而极性残基表现出相反的趋势。ACSS中碱性残基和羟基残基的比例略高于酸性残基和酰胺残基，而疏水残基在激酶ACSS中的比例极高。尽管具有不同的ACSS序列和不同的长度，但发现它们在结构上彼此非常相似-这表明它们是用于通信的优选结构模板。ACSS结构记录低RMSD和高赤池信息标准（AIC）分数之间。虽然所有组的变构蛋白的ACSS网络显示出低程度的中心性和接近中心性，介数中心性的大小揭示了不均匀的行为。虽然可以在ACSS中识别集团和社区，但无法生成考虑所有ACSS的最大公共子图，主要是由于数据集的多样性。除了一个特定的情况下，任何种类的变构蛋白的整个ACSS都没有表现出“小世界”行为，尽管在某些情况下，ACSS的子图被发现形成小世界网络。
2018-02-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Lattice model of protein conformations
我们介绍了一个晶格模型的蛋白质构象，这是能够再现第二结构的蛋白质（α-螺旋和β-片）。这一模式基于以下两个主要思想。首先，我们通过不平行于坐标轴的立方晶格中的边来模拟肽链中氨基酸残基的骨架部分。其次，我们描述了可能的氨基酸残基的接触，使用离散模型的Ramachandran图。该模型允许描述肽链骨架中残基之间的氢键。特别是晶格二级结构具有正确的氢键结构。我们还考虑了氨基酸残基的侧链及其相互作用。提出了一种包含主链氢键和侧链相互作用贡献的晶格蛋白质构象能的表达式。晶格二级结构是引入能量的局部极小值。
2012-07-31 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Universality of Vibrational Spectra of Globular Proteins
结果表明，球状蛋白质的振动光谱的模式密度是普遍的，即，无论所讨论的蛋白质是什么，它都紧密地遵循一条通用曲线。本研究，包括135蛋白质分析与全原子经验势（CHARMM 22），并使用所有原子的笛卡尔自由度的完整补充，远远超出了以前的普遍性要求，确认普遍性即使在高频范围内也成立（300- 4000 1/cm），其中态密度的峰和转折从一个蛋白质到下一个蛋白质忠实地再现。我们还表征了平均光谱密度的波动，为罕见的，不寻常的光谱和这种“离群”蛋白质的偏差的结构原因进行有意义的讨论铺平了道路。由于用于推导振动模式的方法（势能公式、所采用的自由度集等）不适用于计算振动模式。的谱密度有显着的影响，我们的研究结果的另一个重要意义是，普遍性可以提供一个精致的工具，用于评估和提高用于NMA计算的各种模型的质量。最后，我们表明，输入配置也会影响模式的密度，从而强调简化的势能制剂，在一开始就最小化的重要性。
2016-01-28 physics.bio-ph q-bio.BM
II. Geometrical framework for thinking about globular proteins: the power of poking
本文提出基于“戳”成对相互作用的几何框架，通过分析4000余蛋白质数据和模拟，揭示对称性与几何性可解释球状蛋白质结构形成的简单性。
2023-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The low-density/high-density liquid phase transition for model globular proteins
采用蒙特卡罗模拟和有限温度经典密度泛函理论计算相结合的方法，研究了分子大小（排斥体积）和相互作用范围对模型球状蛋白质的表面张力、相图和成核性质的影响.我们使用一个参数化的潜力，可以顺利地从标准的Lennard-Jones相互作用特性的简单流体，十沃尔德-Frenkel模型的有效相互作用的球状蛋白质在溶液中。我们发现，大的大分子，如蛋白质的大排斥体积特性是在确定的液-气表面张力和成核性能的主导作用。势的范围的变化仅在排除体积小的情况下（例如对于简单流体）才显得重要。然后用密度泛函理论计算了从低密度相到高密度相的均匀形核过程，包括形核势垒、形核途径和形核速率。据发现，成核障碍通常只有几个$k_{B}T$和成核率大大高于将由经典成核理论预测。
2010-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Critical fluctuations in proteins native states
我们研究了由核磁共振确定的非常不同大小的蛋白质结构集合的大数据集。通过检查的距离依赖的相关性的位移的残基对和进行有限尺寸标度分析，它被发现的相关性和敏感性的行为在系统中的临界点附近，这意味着，在天然状态下，每个氨基酸残基的运动是由每一个其他的残基的大小的蛋白质分子。此外，某些蛋白质的形状对应于最大的易感性被发现比其他更可能。总的来说，结果表明，蛋白质的天然状态是至关重要的，这意味着尽管被摆在能量景观的最小值附近，它们仍然保持其动态灵活性。
2016-01-13 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Pinning the conformation of a protein (CorA) in a solute matrix with selective binding
用粗粒模型和蒙特卡罗模拟研究了蛋白质（CorA）在含有溶质组分的基质中的构象随溶质-残基相互作用强度（f）的变化。发现溶质颗粒由于其与残留物的独特相互作用而到达其目标残留物。蛋白质减速的程度取决于相互作用强度f。与可预测的依赖性的回转半径的相同的蛋白质在有效介质中的相互作用，它不显示系统的依赖性的相互作用，由于钉扎所造成的溶质结合。通过从结构因子的缩放估计其有效尺寸（D）来量化蛋白质链的扩散。即使在较低的溶质-残基相互作用下，蛋白质链在其天然相中似乎符合无规卷曲构象（D ~ 2），其中在不存在这种溶质环境的情况下，蛋白质链是球状的。小尺度下的结构展布与大尺度下的结构展布不同，存在较强的相互作用：当f = 3.5时，小尺度下的结构展布D ~ 2.3，大尺度下的结构展布D ~ 1.4;当f = 4.0时，小尺度下的结构展布D ~ 1.4，大尺度下的结构展布D ~ 2.5。
2019-09-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Volume Determination of Globular Proteins by Molecular Dynamics
肌红蛋白和天冬氨酸转氨酶的分子动力学模拟，明确的溶剂，准确地再现实验测得的摩尔体积。已知天冬氨酸氨基转移酶VAL39处的单个氨基酸取代会在酶中产生大的体积变化，并且这种效应也在模拟中得到证实。这种分子动力学的方法，而更昂贵的计算，现存的计算方法确定的表观体积的生物系统，是非常可行的与现代计算机硬件，并显示出产生准确的体积数据与少至几纳秒的动态。
2014-04-06 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Rotational friction on small globular proteins: Combined dielectric and hydrodynamic effect
已知蛋白质和大分子上的旋转摩擦至少来自两个不同的来源-流体动力学（由于粘度）和介电摩擦（由于极性相互作用）。在现有的理论方法中，后者的影响是以{ \it ad hoc}方式考虑的，通过增加蛋白质的尺寸并添加水合层。本文采用广义任意电荷分布模型（其中电荷由量子化学计算得到）计算了蛋白质表面的转动介电摩擦（$ζ_{hyd}^{stick}$），并采用Harding [S. E. Harding，Comp. Biol. Med. { \bf 12}，75（1982）]。流体动力学摩擦的计算仅用蛋白质的干体积（无水合层）进行。我们发现，通过对$ζ_{DF}$和$ζ_{hyd}^{stick}$求和获得的总摩擦力与实验结果具有合理的一致性，即，$ζ_{exp} \approx ζ_{DF} + ζ_{hyd}^{stick}$。
2004-08-15 physics.bio-ph physics.comp-ph
Full Optimization of Linear Parameters of a United Residue Protein Potential
我们将参数优化的一般方案（Lee，J.等人，Phys.Chem.B2001，105，7291）应用于UNRES势。在早期的作品中，只有各种相互作用项的相对权重进行了优化，我们优化所有的线性参数的潜力。该方法利用高效率的共形空间退火方法在寻找不同的低能量构象。对于给定的蛋白质训练集，修改参数以使天然样构象在能量上比非天然构象更有利。线性近似用于估计由于参数修改而引起的能量变化。参数的变化是其次是局部能量reminimization和新的构象搜索，以找到本地和非本地的能量函数的新参数的局部极小值的能量。重复这些步骤，直到电位预测天然样构象作为训练集中每个蛋白质的低能构象之一。我们考虑一个训练集的crambin（PDB ID 1 ejg），1fsd，和10-55残基片段的葡萄球菌蛋白A（PDB ID 1bdd）。作为我们的协议的可行性的第一个检查，我们分别为这些蛋白质优化参数，并找到一组最佳的参数为他们每个人。接下来，我们将该方法同时应用于这三种蛋白质。通过细化所有的线性参数，我们得到了一组最佳的参数，从这三种蛋白质的天然样构象被检索为全局最小值，而不引入额外的多体能量项。
2003-09-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Packing in Protein Cores
蛋白质是构成所有细胞功能的生物聚合物。第一个高分辨率的蛋白质结构是在20世纪60年代通过X射线晶体学确定的。从那时起，人们一直对理解和预测蛋白质结构和稳定性感兴趣。众所周知，对蛋白质稳定性的巨大贡献源自蛋白质核心中疏水残基从溶剂中的螯合。这些疏水残基在核中是如何排列的？如何才能最好地模拟这些残留物的堆积？在这里，我们表明，要正确地模拟蛋白质核心中残基的包装，必须以适当校准的原子大小表示氨基酸，并明确包括氢原子。我们发现，蛋白质核心具有包装分数的$ϕ\approx 0.56$，这是显着小于通常引用的值0.74使用扩展原子表示。我们还比较了蛋白质核心的氨基酸包装的结果，从离散元模拟组成的球体，细长的颗粒，颗粒凹凸不平的表面堵塞包装获得的结果。我们发现，蛋白质核心中的氨基酸包装密集的无序堵塞包装的颗粒具有类似的值的纵横比和凹凸不平的氨基酸。了解蛋白质核心的结构特性具有重要的基础和实际意义。实际上，它能够评估由氨基酸突变引起的蛋白质结构和稳定性的变化（例如由于大规模人类基因组测序工作而鉴定的那些），以及设计新的折叠的、稳定的蛋白质和具有可调特异性和亲和力的蛋白质-蛋白质相互作用。
2017-01-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular Dynamics Studies of Dog Prion Protein Wild-type and Its D159N Mutant
朊病毒疾病（例如牛的“疯牛病”、鹿和麋鹿的慢性消耗性疾病、人类的克雅氏病）一直是影响人类和几乎所有动物的主要公共卫生问题。然而，狗对朊病毒疾病有很强的抵抗力。最近，据报道，单个（表面）残基D159足以赋予针对蛋白质构象变化和发病机制的保护，为狗朊病毒蛋白提供构象稳定性（Neurobiology of Disease Volume 95（November 2016）pages 204-209）。本文采用分子动力学技术对犬朊蛋白野生型和D159 N突变体进行了研究。分子动力学结果揭示了159位残基的足够的结构信息学，以了解狗对朊病毒疾病的抗性的潜在机制。
2020-05-24 physics.bio-ph
Investigating the side-chain structural organization behind the stability of protein folding and binding
本研究通过分析蛋白质数据集的氨基酸组成与残基间相互作用能网络，发现远程库仑相互作用决定热稳定性，而分子间范德华能量与结合亲和力相关。
2021-07-16 physics.bio-ph physics.chem-ph
Simulating Mono-and Multi-Protein Phosphorylation within Nanoclusters
本研究从理论上模拟功能纳米簇中蛋白质在不同生物物理参数下的单/多磷酸化，揭示其相互作用及协同效应，强调磷酸酶在信号转化中的作用，为理解蛋白质激活与亚细胞结构形成提供理论基础。
2025-11-12 physics.bio-ph q-bio.SC
Molecular Simulations of the Fluctuating Conformational Dynamics of Intrinsically Disordered Proteins
内在无序蛋白（IDP）在生理条件下在溶液中不具有明确的三维结构。我们开发的IDP α-突触核蛋白，包括几何，有吸引力的疏水，和筛选的静电相互作用，并校准到最近的smFRET实验中测得的残基间分离的全原子，联合原子，和粗粒度的朗之万动力学模拟。我们发现，α-突触核蛋白是无序的构象统计之间的随机游走和崩溃的小球行为的中间。校准的分子模拟约束方法的一个优点是，物理力作用于所有的残基，而不仅仅是在实验监测的残基对，这些模拟可以用来研究寡聚化和聚集的多个α-突触核蛋白的蛋白质，可能先于淀粉样蛋白的形成。
2012-08-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Anisotropic coarse-grained statistical potentials improve the ability to identify native-like protein structures
我们提出了一种新的方法来提取氨基酸侧链之间的距离和方向依赖的潜力，使用蛋白质结构的数据库和标准的玻尔兹曼设备。首先通过计算α-螺旋和β-折叠结构的蛋白质的取向序参量来确定取向依赖相互作用的重要性。各向异性相互作用的提取需要为每个氨基酸定义局部参考系，其唯一地确定相邻残基的坐标。利用一组标准的非同源蛋白质结构的径向和角向关联函数的局部参考系和直方图，我们构造了各向异性对势。使用大型诱饵蛋白数据库研究了方向依赖电位的性能。结果表明，新的距离和方向依赖的残基-残基电位提出了一个显着提高的能力，从一组天然和诱饵蛋白质结构识别天然折叠。
2003-02-04 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Relationships between ligand binding sites, protein architecture and correlated paths of energy and conformational fluctuations
解释了天然蛋白质能量和残基位置波动的统计热力学基础。蛋白质及其周围环境被视为一个典型的系统，强调两者之间的能量交换的影响。能量的波动与残基位置的波动有关，而残基位置的波动又与蛋白质的连接矩阵有关，从而在能量波动途径和蛋白质结构之间建立了联系。该模型给出了配体结合的热点位置，并确定了蛋白质内能量传导的途径。结果进行了讨论，在两套模型，BPTI和12个蛋白质，含有PDZ结构域。可能使用的模型确定功能相似的结构域在一个不同的蛋白质组中指出。
2011-05-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Weak self-interactions of globular proteins studied by small-angle X-ray scattering and structure-based modeling
我们通过小角X射线散射（SAXS）和理论模型研究了溶液中蛋白质-蛋白质相互作用。牛胰胰蛋白酶抑制剂（BPTI），肌红蛋白（Mb），和肠脂肪酸结合蛋白（IFABP）的解决方案的结构因子，确定从SAXS测量在多个浓度，从蒙特卡罗模拟与粗粒度的结构为基础的相互作用模型，并从两个理想化的胶体相互作用模型的解析近似解没有可调参数。通过结合这些方法，我们发现，结构因子基本上是由硬核和屏蔽静电相互作用。其他软短程相互作用（范德华力和溶剂化相关）要么是单独无关紧要的，要么倾向于抵消。结构因子也不受电荷波动的显著影响。对于Mb和IFABP，具有小的净电荷和相对对称的电荷分布，结构因子很好地描述了硬球模型。对于BPTI，具有较大的净电荷，屏蔽静电排斥也是重要的，但电荷分布的不对称性降低了具有相同净电荷的带电硬球模型预测的排斥。这种电荷不对称性也可能放大形状不对称性对蛋白质-蛋白质平均力势的影响。
2014-08-28 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
A Quantum Circuit Framework for Protein Ensemble-Level Energetics
Digital Futures Institute, University of Suffolk（萨福克大学数字未来研究所）；In-silico R&D, Evotec（Evotec公司计算机辅助研发部门）；University of Siegen（锡根大学）
该研究提出残基级门控量子电路框架，将氨基酸表示为两态量子比特，在Trp-cage等蛋白上重现能量分布，解析系综统计相关性，扩展量子蛋白建模至系综水平表征。
2026-08-13 cs.ET physics.bio-ph q-bio.BM
The complexity of protein interactions unravelled from structural disorder
结构紊乱可能是蛋白质相互作用的一种新机制的想法在文献中广泛存在，尽管支持这一点的统计学显著结构研究的数量少得令人惊讶。在与以前的作品不同，我们的结论完全依赖于一个大规模的分析，所有的134337 X射线晶体结构的蛋白质数据库平均超过集群的几乎相同的蛋白质序列。在这项工作中，我们探讨了组织的复杂性时，观察到的蛋白质位于替代复合物的所有相互作用的接口，显示接口逐步加起来，在一个层次的方式。我们进一步研究了这种复杂性与不同的结构紊乱措施的连接：标准的缺失残基和一个新的定义，称为“软紊乱”，它涵盖了所有的灵活和结构无定形残基的蛋白质。我们发现的证据表明，相互作用界面和软无序区域往往涉及大致相同的氨基酸的蛋白质，和初步的结果表明，软无序斑点的表面区域，新的接口逐渐容纳复杂的形成。我们的研究结果表明，无序区域不仅携带复合物内替代界面位置的关键信息，而且还携带组装顺序的信息。我们在几个例子中验证了这些假设。最后，我们比较了我们的措施的障碍与几个障碍的预测，显示这些后者是优化预测的残基是失踪的蛋白质的所有替代结构，他们不能赶上复杂的形成后无序区域的渐进演变。然而，预测的残基，如果没有丢失，往往被表征为软无序。
2020-11-24 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.BM
Conformational space annealing and an off-lattice frustrated model protein
应用构象空间退火（CSA）方法对一个46个氨基酸残基的蛋白质进行了优化，其序列为B_9N_3（LB）_4N_3B_9N_3（LB）_5L，其中B、L和N分别代表疏水、亲水和中性残基。46个残基的BLN蛋白被折叠成四链β-桶的天然状态。定位46个残基的BLN蛋白的全局最小值一直是一个具有挑战性的问题，因为该系统是高度受挫的，因此其能量景观是相当崎岖的。CSA成功定位了所有100次独立运行的46聚体的全局最小值。CSA的CPU时间比模拟退火（SA）少约70倍，其找到全局最小值的成功率（100%）约高11倍。用于CSA的计算工作量也比应用于46-残基BLN蛋白质的最佳全局优化方法（具有重整化的量子热退火）少约10倍。100个单独的CSA运行产生全局最小值100次以及其他5950个最终构象，对应于蛋白质的总共2361个不同的局部最小值。大多数的最终构象具有相对较小的RMSD值从全球最小值，独立于其不同的能量值。非常接近全局最小值，存在准全局最小值，这些最小值经常作为SA运行的最终答案之一获得。我们发现在准全局极小点和其它局部极小点之间存在两个最大的能隙。一旦SA运行被困在这些准全局最小值之一中，它就不能在跨越两个大的能量障碍之前被折叠成全局最小值，这清楚地表明了SA成功率低的原因。
2003-06-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
3D Protein Structure Predicted from Sequence
蛋白质在序列空间中的进化轨迹受到功能和三维结构的限制。空间接近的残基倾向于共同进化，然而，试图反转进化记录以识别这些限制并使用它们来计算折叠蛋白质的尝试迄今为止还没有成功。在这里，我们表明，在一个大的蛋白质家族中观察到的残基对的共变异，提供了足够的信息来确定3D蛋白质结构。使用数据约束的最大熵模型的多个序列比对，我们确定对统计耦合的残基位置，预计将接近的蛋白质折叠，称为从进化信息（EIC）推断的接触。为了评估这些耦合对中包含的蛋白质折叠的信息量，我们评估了来自15个不同蛋白质家族（包括G蛋白偶联受体）的50-260个残基的蛋白质的预测3D结构的准确性。这些结构预测是从头开始的，即，它们不使用同源性建模或来自已知结构的序列相似片段。在至少75%的蛋白质上，得到的低Cα-RMSD误差范围为2.7- 5.1 μ m，这表明如果它们包括足够大数量的不同样品序列，就有可能为数千个没有已知结构的蛋白质家族预测基本正确的3D结构。随着目前基于新测序技术的序列信息的巨大增长，这为全面调查蛋白质3D结构打开了大门，其中包括许多目前无法通过结构基因组学实验方法获得的结构。这一进展在许多生物学背景下具有潜在的应用，例如合成生物学、蛋白质中功能位点的鉴定和遗传变异的功能影响的解释。
2011-10-25 cs.CE physics.bio-ph physics.data-an
CSAW: a dynamical model of protein folding
CSAW（conditioned self-avoiding walk）是将SAW（self-avoiding walk）与Monte-Carlo相结合的蛋白质折叠模型。它模拟了在链残基之间以及与环境的相互作用存在下链分子的布朗运动。在包括疏水效应和氢键的第一模型中，30个残基的链折叠成具有稳定二级和三级结构的天然状态。这个过程开始于快速坍缩成一个中间的“熔融球”，经过一个相对较长的静止期后，它慢慢地衰变成自然状态。回转半径的行为模拟实验数据。
2006-01-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Aligning biological sequences by exploiting residue conservation and coevolution
核苷酸序列（对于DNA和RNA）或氨基酸序列（对于蛋白质）是生物学的中心对象。最重要的计算问题之一是序列比对，即以识别相似区域的方式排列来自不同生物体的序列，以检测序列之间的进化关系，并预测生物分子的结构和功能。这通常通过轮廓模型来解决，轮廓模型捕获位置特异性，如序列中的保守性，但假设不同位置的独立进化。在过去的几年里，已经很好地建立了不同氨基酸位置的共同进化对于维持三维结构和功能是必不可少的。基于逆统计物理的建模方法可以捕捉序列集成中的协同进化信号，目前已广泛应用于蛋白质结构、蛋白质相互作用和突变景观的预测。在这里，我们提出了DCAlign，一个有效的比对算法的基础上的一个近似的消息传递策略，这是能够克服的限制，配置文件模型，包括在一般的方式之间的位置的共同进化，并因此普遍适用于蛋白质和RNA-序列比对，而不需要使用互补的结构信息。DCAlign的潜力是仔细探索使用良好控制的模拟数据，以及真实的蛋白质和RNA序列。
2020-11-13 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph q-bio.BM
