Secondary structure prediction of protein constructs using random incremental truncation and vacuum-ultraviolet CD spectroscopy
在果蝇中发现了一种新的尿嘧啶-DNA降解蛋白因子（称为UDE），与其他尿嘧啶-DNA结合或加工因子没有显着的结构和功能同源性。确定的3D结构的UDE将是一个真正的突破，在描述的分子机制的作用的UDE催化，以及在一般尿嘧啶识别和核酸酶的行动。革命性的ESPRIT技术被应用于新的蛋白质UDE，以克服在缺乏结构域内容和排列的精确信息的情况下鉴定可溶性表达构建体的问题。从创建的众多截断的UDE结构中选择了九个样本来解嵌结构和功能关系。用神经网络进行VUVCD，以确定UDE及其截短变体的二级结构含量和位置。定量分析证明了全长蛋白质的排他性α-螺旋含量，其保留在截短的构建体中。与截短的蛋白质片段相比，α-螺旋捆绑的分区表示新的结构域边界，其不同于通过基于序列的比对确定的化蛹昆虫中的UDE同源物的保守基序。在这里，我们证明了ESPRIT和VUVCD与NN的组合提供了显着的结构描述的UDE，并导致有用的截断构建进一步详细的功能研究。
2014-01-28 physics.bio-ph q-bio.BM
Quinary lattice model of secondary structures of polymers
在晶格蛋白质的标准方法中，使用基于最近邻相互作用的模型。在这类模型中，很难解释蛋白质链的特殊优选构象--二级结构的存在。本文提出了一种新的基于非局部协同作用的蛋白质格点模型。在这个模型中，聚合物的构象能量等于长度为5的聚合物链的片段的构象能量之和。结果表明，这个五元晶格模型是能够描述在定性水平的蛋白质二级结构：对于这个模型的所有构象具有最小的能量是α-螺旋和β-链晶格模型的组合。此外，对于长度不超过38个单体的晶格聚合物，我们可以用最小的能量描述所有的构象。
2013-12-16 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Online interactive fitting and simulation of protein circular dichroism spectra for use in education and for preliminary spectral analysis
远紫外圆二色光谱（CD）通过监测蛋白质二级结构组成，提供了一种快速、灵敏、无损的分析蛋白质构象的工具。最初用于教育目的，基于电子表格的程序实现了拟合和模拟远紫外蛋白质CD光谱的基本例程，也在研究论文中得到了广泛应用，因为它允许光谱快速解卷积为二级结构组成，并容易模拟预期用于定义二级结构内容的光谱。为了使这样的软件更容易获得，我在这里介绍一个在线版本，它直接在Web浏览器上运行，可以在任何现代设备上进行更快的分析，而不需要任何电子表格或第三个程序。新版本进一步扩展了原有的功能，以拟合和模拟α、β和无规卷曲内容，现在还包括β转角;它允许快速选择用于拟合的有效光谱窗口，并能够交互式探索二级结构组成变化对所得光谱的影响。Web应用程序允许在生物物理学课程中无处不在的实施，例如在学生智能手机上，以及在转向更高级的分析程序之前在研究环境中进行无缝，快速的测试（这里也提出了一些）。该Web应用程序无需在http://lucianoabriata.altervista.org/jsinscience/cd/cd3.html注册即可免费使用
2020-06-11 physics.bio-ph q-bio.BM
Optimizations of force-field parameters for protein systems with the secondary-structure stability and instability
我们提出了一种新的方法来细化蛋白质系统的力场参数。在该方法中，二级结构的稳定性和不稳定性之间的协议，通过实验获得的蛋白质构象和分子动力学模拟得到的作为力场参数的优化标准。作为本方法应用的一个例子，我们通过搜索主链二面角的$ψ$（N-C $^α$ -C-N）和$ζ$（C $^β$ -C $^α$ -C-N）的挠能参数空间，精化了AMBER ff 99 SB力场的力场参数集.然后，我们进行了折叠模拟$α$ -螺旋和$β$ -发夹肽，使用优化的力场。结果表明，新的力场参数给出的结构比原来的AMBER ff 99 SB力场更符合实验含义。
2013-01-07 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
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
Insights into Protein Unfolding under pH, Temperature, and Shear using Molecular Dynamics Simulations
本研究通过全原子分子动力学模拟发现，高温、酸性pH和剪切应力分别通过不同途径诱导牛血清白蛋白去折叠，提示需针对不同应激源采取差异化稳定策略。
2024-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Topological Solitons and Folded Proteins
我们建议蛋白质环可以被解释为拓扑畴壁孤子。它们在基态之间插入，这些基态是二级结构，如α-螺旋和β-链。然后，整个蛋白质可以简单地通过将孤子一个接一个地组装在一起来折叠。我们提出了一个简单的理论模型，实现了我们的建议，并将其应用到一些生物活性蛋白质，包括1VII，2 RB 8，3EBX（蛋白质数据库代码）。在我们已经考虑的所有例子中，我们能够构建再现二级结构基序的孤子，例如α-螺旋-环-α-螺旋和β-折叠-环-β-折叠，对于中心α-碳，整体均方根距离精度为约0.7埃或更小，即在当前实验精度的限制内。
2010-03-23 hep-th physics.bio-ph physics.chem-ph
Virtual reality based approach to protein heavy-atom structure reconstruction
在结构蛋白质研究中经常出现的问题是根据中心α-碳坐标的知识确定所有重原子的位置。我们利用虚拟现实的进步来解决这个问题。其结果是一种基于3D可视化的技术，其中所有重主链和侧链原子在C-alpha坐标方面都被平等对待。每个重原子都可以在不同的双球表面上可视化，这些双球以其他重主链和侧链原子为中心。特别是，旋转异构体是可见的簇，其显示出对基础骨架二级结构的强烈依赖性。我们的方法很容易检测到晶体蛋白质结构中那些可能错位的原子。我们的方法为开发新一代基于可视化的侧链构建、验证和细化工具奠定了基础。重原子的位置被确定的方式，占二级结构的环境，从而提高了现有方法的准确性。
2014-12-26 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Blue Emission in Proteins
最近的文献报道淀粉样蛋白原纤维的蓝绿色发射是原纤维形成的唯一标志。这种不寻常的可见光经常被用来监测原纤维的生长。在晶体蛋白质和溶液中也观察到蓝绿色发射。然而，这种发射的起源并不确切。我们对血清蛋白的光谱研究表明，蓝绿色发光是蛋白单体的一种性质。有证据表明，蛋白质在可见光区具有光学带隙的类陀螺能带结构可能是这一现象的根源。我们在这里表明，蛋白质的能带结构主要是通过肽链的电子离域的结果，而不是通过二级结构中的氢键网络。
2014-05-10 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
N-body Information Theory (NbIT) Analysis of Rigid-Body Dynamics in Intracellular Loop 2 of the 5-HT2A Receptor
蛋白质二级结构的刚体运动常常与蛋白质功能的机制有关。在GPCR中，有证据表明，当激活的受体触发下游信号时，细胞内环2（IL 2）包含一个以螺旋为特征的片段。然而，无论是实验还是计算方法都不容易定量评估蛋白质二级结构基序中的集体运动程度。在这里，我们描述了一个新的元素，我们的N体信息理论（NbIT）框架来解决这个问题。为此，我们引入总相关性，信息理论中的一种度量，可用于描述多变量分布之间的n体相关动力学，例如蛋白质模拟中的三维原子波动。我们还定义了两个额外的措施，刚体分数和相关的顺序，这可以确定从构型熵的分解。使用这些措施，我们分析了在微秒分子动力学模拟的5-HT 2A受体的IL 2的动力学，展示了强大的功能的新的分析技术，在研究集体运动动力学的二级结构图案。该分析揭示了在存在和不存在结合的5-HT（激活受体并触发下游信号传导的内源性激动剂）的情况下IL 2的螺旋段中的相关运动的程度的有趣差异，表明IL 2刚体运动可以显示出可能区分GPCR的功能机制的不同行为。
2014-06-18 physics.bio-ph q-bio.BM
Combining Coarse-Grained Protein Models with Replica-Exchange All-Atom Molecular Dynamics
我们描述了一个组合的所有原子模拟与CABS，一个成熟的粗粒度蛋白质建模工具，到一个单一的多尺度协议。模拟方法已在蛋白G的C-末端β发夹上进行了测试，蛋白G是蛋白质折叠的模型系统。在重建原子细节后，对CABS模拟得到的构象进行了复制交换分子动力学模拟，并在显式溶剂中使用OPLS-AA和AMBER99sb力场。这样的组合加速系统收敛几次相比，从扩展链构象的全原子模拟，表现出的熔解曲线的分析，作为时间和二级结构传播的函数的天然样构象的数量。结果表明，建议的多尺度方法可能是一个有效的和准确的工具，高分辨率的蛋白质折叠动力学研究在较大的系统。
2013-08-11 physics.bio-ph q-bio.BM
What geometrically constrained folding models can tell us about real-world protein contact maps
蛋白质的3D结构可以根据其氨基酸序列来确定的机制一直是生物物理学的关键奥秘之一。通常，简单化的模型，例如那些来自几何约束的模型，可以很好地捕捉大量真实世界的3D蛋白质-蛋白质特性。一种方法是使用蛋白质接触图来更好地了解蛋白质的特性。在这里，我们调查接触映射不同的几何约束模型和现实世界的蛋白质系统的紧急行为。我们推导出一个分析近似的模型氨基酸的距离，$s$，通过平均场的方法的分布。然后，使用2D和3D随机相互作用模型以及真实世界蛋白质数据的接触图来验证这种近似。使用来自RCSB蛋白质数据库（PDB）和AlphaFold~2数据库的数据，将分析近似值拟合至$L\approx100$、$L\approx200$和$L\approx300$的蛋白质链长度。虽然不能推导出不同长度的蛋白质链的普遍标度行为，我们提出的证据表明，氨基酸距离分布可以归因于几何约束的蛋白质链的散装和氨基酸序列只发挥次要作用。
2022-12-29 physics.bio-ph q-bio.BM
Drug-induced activation of integrin alpha IIb beta 3 leads to minor localized structural changes
整合素是一种跨膜蛋白，参与止血、伤口愈合、免疫和癌症。为了响应细胞内信号和配体结合，整合素采用不同的构象：弯曲（静止）形式;中间延伸形式;和配体占据的活性形式。经历这种构象动力学的整联蛋白是异二聚体血小板受体α IIb β 3。虽然在激活过程中的整体结构的alphaIIbbeta 3的戏剧性重排是潜在的蛋白质二级结构的变化有关，这还没有被调查到目前为止，在膜环境。在这里，我们研究了Mn 2+和药物诱导的激活alphaIIbbeta 3和这种蛋白质的结构重组成脂质体的影响。通过石英晶体微天平与耗散监测和活化分析，我们表明，Mn 2+诱导结合的构象特异性抗体PAC-1，它只承认扩展的，活性整合素。圆二色性光谱显示，然而，Mn 2 +-治疗不会引起重大的二级结构变化的α IIb β 3。类似地，我们发现用临床相关药物（例如奎宁）治疗导致α IIb β 3的活化，而蛋白质二级结构没有显著变化。分子动力学模拟研究揭示了整合素的几个胞外结构域的β折叠概率的微小局部变化。我们的实验装置代表了一种新的方法来研究跨膜蛋白，特别是整合素，在膜环境中，并打开了一个新的方式来测试药物结合整合素在临床相关条件下。
2020-12-18 physics.bio-ph
Looking for packing units of the protein structure
晶格模型模拟和一些小的蛋白质的实验表明，折叠基本上是由一些保守的接触控制。这些保守接触的残基形成确保可折叠性所需的天然接触的最小集合。保持这种保守的具体联系，我们研究了不同的螺旋或片的两个二级结构元件的接触，并寻找可能的“包装单位”的蛋白质结构。两个短的骨干片段的宽度5集中在C？相互接触的原子称为H型，它是堆积单元的候选者。蛋白质家族成员甚至跨家族的结构比对表明，存在保守的H-形式，其在序列和局部几何形状上都是相似的，并且与结构比对一致。携带强序列信号，这样的包装单元将提供3D约束作为结构预测的潜在功能的补充。
2011-09-13 physics.bio-ph q-bio.BM
Alpha helices are more evolutionarily robust to environmental perturbations than beta sheets: Bayesian learning and statistical mechanics for protein evolution
本研究结合贝叶斯学习与统计力学，将蛋白质自由能对水环境扰动的稳定性形式化为进化稳健性，并通过36残基格点模型和数据库验证发现α螺旋比例更高的结构更稳健。
2025-03-17 physics.bio-ph
Effects of RNA branching on the electrostatic stabilization of viruses
许多单链（ss）RNA病毒从衣壳蛋白亚基和核酸自组装以形成感染性病毒体。据信，带负电荷的RNA和带正电荷的病毒衣壳蛋白之间的静电相互作用驱动了包装，尽管越来越多的证据表明病毒RNA的序列也在包装中起作用。特别地，该序列将决定ssRNA在溶液中可能采用的二级结构。在这项工作中，我们使用平均场论来研究如何结合静电相互作用的RNA的二级结构影响组装的效率和组装的病毒粒子的稳定性。我们表明，RNA的二级结构可能会导致负渗透压，而线性聚合物在相同的条件下会导致正渗透压。这可能表明，分支结构使RNA更有效地包装和病毒粒子更稳定。
2016-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A Hierarchical Approach to Protein Molecular Evolution
尽管蛋白质序列空间基本上是无限复杂的，但生物多样性已经进化。我们提出了一种分层方法来有效搜索该空间，并通过蒙特卡罗模拟量化了我们方法的进化潜力。这些模拟表明，编码结构的非同源并列是新的三级蛋白质折叠产生的限速步骤。低能二级结构的非同源“交换”相对于单独的碱基取代增加了由$\approx10^7$模拟的蛋白质的结合常数。我们的方法的应用包括产生新的蛋白质折叠和疾病的分子进化建模。
1999-03-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Protein folding in the modern era: a pedestrian's guide
从一级氨基酸序列预测蛋白质的二级和三级结构是一个非常重要和非常困难的问题。准确预测蛋白质的天然结构可以提供关于其功能的关键见解，最终导致药物设计和疾病诊断的突破。该领域有着丰富的历史，从20世纪60年代最早的折叠实验到今天使用最先进的算法;本文回顾了蛋白质折叠的历史，重点介绍了现代方法如何解决蛋白质折叠问题。假设只有生物化学的基本知识，我们将探索克里斯蒂安·安芬森的经典实验与牛核糖核酸酶，蛋白质折叠的悖论由赛勒斯·莱文塔尔提出，现代机器学习方法的成功，和量子计算的承诺蛋白质折叠。
2020-07-10 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.hist-ph
Sequence composition and environment effects on residue fluctuations in protein structures
蛋白质结构波动的频谱和规模影响细胞现象的范围，包括蛋白质结构或其片段的稳定性、变构转换和能量转移。本文从热力学角度分析了蛋白质-蛋白质复合物中氨基酸残基波动分布与序列组成的关系。建立了一个考虑非均匀蛋白质质量分布和重正化残基间相互作用的单残基弹性网络模型。两个因素，蛋白质的质量分布和残留物的环境，被发现，以确定残留物的波动的规模。表面残留物比核心残留物经历更大的波动，与实验观察一致。在标准化的波动尺度上对残基进行排序产生了将氨基酸分为三组的不同分类。蛋白质结构的不稳定性可能与不规则二级结构元件（环）、变色龙序列和无序蛋白质中高含量的高波动残基和弱波动残基的缺乏有关。残基波动和蛋白质环的序列组成之间的强相关性支持这一假设。比较结合位点残基（界面残基）与其他表面残基的波动表明，平均而言，界面比蛋白质表面的其余部分更刚性，并且Gly、Ala、Ser、Cys、Leu和Trp具有在界面上形成更稳定的对接补丁的倾向。这一发现对于理解蛋白质结合机制和蛋白质结构稳定性具有广泛的意义。
2009-07-28 cond-mat.soft 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
Dihedral-angle Gaussian distribution driving protein folding
本文提出了一个简单的角度随机游走模型来构建多肽结构，它包含了折叠蛋白质的二面角性质。从这个模型中，将构建长度范围从125到400个氨基酸的二级结构基序的不同部分的结构，二面角是根据窄高斯概率分布随机选择的。为了测量蛋白质的分形维数，分析了三种不同的情况。第一个仅包含α-螺旋结构，第二个包含β-链结构，第三个包含α-螺旋和β-折叠的混合物。具有α-螺旋基序的蛋白质的行为比其他情况下更紧凑。本文的研究结果表明，该模型描述了蛋白质的一些结构特性，并表明随机性是一个重要的成分，但蛋白质是由窄角高斯概率分布驱动的，而不是由随机行走过程。
2007-11-25 physics.bio-ph
Helix vs. Sheet Formation in a Small Peptide
具有氨基酸序列EKAYLRT的片段在天然存在的蛋白质中以$α$ -螺旋和$β$ -折叠出现。因此，我们利用这种肽来研究蛋白质二级结构的形成如何依赖于局部环境。我们的数据依赖于多正则蒙特卡罗模拟，其中考虑了所有原子之间的相互作用。气相中的结果进行了比较，在一个隐式溶剂。我们发现，无论是在气相和溶剂化EKAYLRT形成一个$α$ -螺旋时，不与其他分子相互作用。然而，在$β$ -链附近，肽形成$β$ -链。由于这种二级结构的变化，我们的肽可能为$α\to β$转变提供一个简单的模型，该转变被认为与朊病毒疾病和类似疾病的爆发有关。
2003-08-20 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
High-resolution cryoEM structure determination of soluble proteins after soft-landing electrospray ion beam deposition
Department of Chemistry, University of Oxford（牛津大学化学系）；Thermo Fisher Scientific（赛默飞世尔科技）；Department of Biochemistry, University of Oxford（牛津大学生物化学系）
通过软着陆电喷雾离子束沉积制备蛋白质样品，结合冷冻电镜实现近原子分辨率（2.5-4.8 Å）结构测定，揭示脱水诱导的结构变化由局部溶剂暴露调控。
2026-06-16 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.ins-det
BCL::MP-Fold: membrane protein structure prediction guided by EPR restraints
对于许多膜蛋白，它们的拓扑结构的确定仍然是一个挑战，如X射线晶体学和核磁共振（NMR）光谱的方法。电子顺磁共振（EPR）光谱已发展成为一种替代技术来研究膜蛋白的结构和动力学。本研究证明了利用有限EPR距离和可及性测量确定膜蛋白拓扑结构的可行性。BCL：：MP-Fold（BioChemical Library membrane protein fold）算法使用Monte Carlo Metropolis（MCM）方法组装膜中的二级结构元件（SSE）。抽样模型进行评估，使用知识为基础的潜在功能和协议的EPR数据和知识为基础的能量函数。多达696个残基的29个膜蛋白用于测试算法。最准确的模型的RMSD 100值对于27个蛋白质优于8 μ m，对于22个蛋白质优于6 μ m，对于29个蛋白质中的15个蛋白质优于4 μ m，证明了算法对天然拓扑结构进行采样的能力。平均富集度可从1.3提高到2.5，显示出使用EPR数据提高的区分能力。
2016-03-21 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Exactly Solvable Model for Helix-Coil-Sheet Transitions in Protein Systems
鉴于螺旋-折叠转变在蛋白质聚集中的重要作用，我们引入一个简单的模型，从有效的哈密顿量出发，用Potts模型研究螺旋-卷曲-折叠系统的二级结构转变.该能量函数依赖于四个参数，这些参数近似描述了熵和熵对多肽在螺旋和片构象中的稳定性的贡献。片层结构涉及序列上相距较远但在真实空间中接触的残基之间的长程相互作用。这种接触包含在哈密顿量中。使用标准的统计力学技术，配分函数使用传递矩阵精确求解。基于此模型，我们研究了多肽的热力学性质，包括螺旋、折叠和卷曲结构之间的相变。
2011-11-08 physics.bio-ph
Cooperativity-Dependent Folding of Single-Stranded DNA
生物大分子的折叠是一个基本的过程，我们缺乏充分的理解。主要在蛋白质和RNA中研究，单链DNA（ssDNA）也在生理盐条件下通过形成难以用生物物理技术表征的非特异性二级结构折叠。在这里，我们提出了一个螺旋线圈模型的二级结构的形成，ssDNA碱基组织在两种不同类型的域（紧凑和自由）。该模型包含两个参数：在一个紧凑的域，$ε$，每个基地的能量增益和协同相关的不同域之间的界面能，$γ$。我们测试了该模型的能力，以量化的ssDNA分子的二级结构的形成与光学镊子机械拉伸。该模型再现了不同分子长度和不同钠和镁浓度的ssDNA的实验力-延伸曲线。盐校正效应的能量紧凑的结构域和界面能被发现是兼容的DNA杂交。该模型还预测了折叠自由能和平均尺寸的域在零力，找到良好的协议与二级结构的预测Mfold。我们设想该模型可以进一步扩展到研究RNA和蛋白质中的天然折叠。
2021-09-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
