超越平衡系综：跨越单分子与凝聚体尺度的粗粒化模拟时间重标度

残基级粗粒化模拟为研究生物分子凝聚体提供了一种有力途径，使其能够覆盖原子级分子动力学难以达到的长度和时间尺度。已有研究表明，粗粒化模型能够再现平衡相行为的诸多特征。然而，这类模型在多大程度上能够再现分子动力学的相对时间尺度，仍不明确。在本研究中，我们针对动力学特性显著不同的复合凝聚相考察了这一问题。这些复合凝聚相由高度酸性的内在无序蛋白胸腺素α（prothymosin α）与四种阳离子组分形成，分别为连接组蛋白H1、鱼精蛋白、聚赖氨酸和聚精氨酸。采用残基级粗粒化模型进行的共存模拟再现了实验中的关键平衡观测量，包括致密相浓度、依赖离子强度的相行为，以及致密相和稀相中的链尺寸。模拟中的动力学过程有所加速，但在同一复合凝聚相内，组成特异性的时间重标定因子能够描述链重构时间对离子强度的依赖性。相比之下，时间重标定因子无法在致密相与稀相之间转移，也无法跨不同凝聚体组成通用，并且可能取决于所选用的观测量。这些结果表明，在残基级粗粒化模拟中，与实验测得的平衡观测量相符，并不意味着构象动力学具有普适且可转移的时间尺度。然而，我们发现，所需的时间重标定与蛋白质链的相互作用能高度相关，这提示缺失的摩擦效应源于蛋白质—蛋白质相互作用，而不仅仅是蛋白质—溶剂相互作用，类似于内摩擦。我们的研究结果强调，在利用生物分子凝聚体的残基级粗粒化模拟解读链弛豫、分子扩散和材料性质时，有必要将热力学验证与动力学标定相结合。

残基水平的粗粒化模拟为建模生物分子凝聚体提供了一条有力途径，使研究者能够覆盖原子级分子动力学难以达到的长度和时间尺度。已有研究表明，粗粒化模型能够再现平衡相行为的诸多方面。然而，这类模型在多大程度上能够再现分子动力学的相对时间尺度，仍不明确。在本研究中，我们以具有显著不同动力学特征的复合凝聚体为对象，考察了这一问题。这些复合凝聚体由高度酸性的内在无序蛋白胸腺素α原与四种阳离子伙伴分子形成，分别为连接组蛋白H1、鱼精蛋白、聚赖氨酸和聚精氨酸。采用残基水平粗粒化模型进行的共存模拟再现了实验中的关键平衡观测量，包括致密相浓度、依赖离子强度的相行为，以及致密相和稀相中的链尺寸。尽管模拟中的动力学发生了加速，但对于给定的复合凝聚体而言，一个与组成相关的时间重标度因子能够描述链重构时间对离子强度的依赖性。相比之下，时间重标度无法在致密相与稀相之间转移，也无法跨不同凝聚体组成进行转移，并且可能取决于所选用的观测量。这些结果表明，在残基水平粗粒化模拟中，与实验测得的平衡观测量相一致，并不意味着构象动力学具有普适且可转移的时间尺度。然而，我们发现，所需的时间重标度与蛋白质链的相互作用能高度相关，这表明缺失的摩擦效应源于蛋白质—蛋白质相互作用，而不仅仅是蛋白质—溶剂相互作用，其特征类似于内摩擦。我们的研究结果凸显出，在根据生物分子凝聚体的残基水平粗粒化模拟解读链弛豫、分子扩散和材料性质时，有必要将热力学验证与动力学标定结合起来。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.01.748708v1?rss=1

🏷️ 粗粒化模拟 生物分子凝聚体 时间重标度 分子动力学 链弛豫 内摩擦