蛋白质组装折光体卷螺旋转变的变形梯度张量模型

螺旋几何形态广泛存在于自然系统和工程系统中，其基本描述变量为曲率和挠率。在以变形为主导的系统中，这些变量会动态演化，因此需要一个连续介质力学框架来建立几何与变形之间的联系。本研究聚焦于折射体（R-body），这是一类蛋白质超分子组装体，能够响应 pH 变化等刺激发生可逆的卷曲—螺旋转变。尽管实验上已鉴定出多种具有不同形态和展开行为的 R-body 类型，但其变形机制仍缺乏定量理论描述。 我们提出了一种基于变形梯度张量的连续介质模型，在统一框架下纳入了从卷曲态到螺旋态的几何映射。该模型通过捕捉展开行为、渐缩几何以及时空演化的差异，成功重构了 51 型、7 型和 Pa 型 R-body 的宏观变形行为。分析表明，变形过程通过一种耦合机制进行：曲率通过伸直而减小，同时挠率通过扭转而增大。重要的是，该框架将宏观形态与微观晶格变形联系起来，从而能够对晶格间距和夹角进行定量推断。所提出的 R-body 卷曲—螺旋转变综合几何模型，为理解软物质系统中由变形驱动的螺旋转变提供了一般性的数学基础。

螺旋几何形态广泛存在于自然系统和工程系统中，其本质上可由曲率和挠率加以描述。在以变形为主导的系统中，这些变量会随时间动态演化，因此需要一个连续介质力学框架来建立几何与变形之间的联系。本研究聚焦于可反转体（R-bodies），这是一类蛋白质超分子组装体，能够响应 pH 变化等刺激发生可逆的卷曲—螺旋转变。尽管实验上已鉴定出多种形态各异且展开行为不同的 R-body 类型，但其变形机制仍缺乏定量的理论描述。

我们提出了一种基于变形梯度张量的连续体模型，在统一框架下纳入了从卷曲态到螺旋态的几何映射。该模型通过捕捉展开行为、渐缩几何形态及时空演化方面的差异，成功重建了 51 型、7 型和 Pa 型 R-body 的宏观变形行为。分析表明，变形过程通过一个耦合机制推进：曲率通过伸直而减小，而挠率则通过扭转而增大。重要的是，该框架建立了宏观形态与微观晶格变形之间的联系，从而能够对晶格间距和夹角进行定量推断。所提出的 R-body 卷曲—螺旋转变综合几何模型，为理解软物质系统中由变形驱动的螺旋转变提供了通用的数学基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.26.728034v1?rss=1

🏷️ R-body 蛋白质超分子组装 连续介质力学 变形梯度张量 卷曲-螺旋转变 软物质建模