通过构象系综的信息论分析确定蛋白质的最优结构分辨率
生物大分子
2025-10-23 v6 软凝聚态物质
统计力学
摘要
结构分辨率的选择是蛋白质建模的基本方面，决定了描述能力与可解释性之间的平衡。尽管原子级模拟提供了最大细节，但其中大部分信息对于理解相关的大尺度运动和构象状态是冗余的。在此，我们引入一种无监督的、信息论的框架，用于确定保留对蛋白质所采样构型空间最具信息量描述所需的最少原子数。该框架通过系统性地削减原子自由度并获得粗粒化表示，评估所得采样构象的聚类情况，从而量化其信息量。对具有动力学多样性的蛋白质的分子动力学轨迹的应用表明，保留的最优原子数随系统大小线性缩放，平均约为每个残基四个重原子——这与已建立的粗粒化模型（如 MARTINI 和 SIRAH）的分辨率惊人地一致。此外，分析表明最优保留原子数不仅取决于分子大小，还取决于构象探索的程度，对于以集体运动为主的系统其数量减少。所提出的方法建立了一个通用准则，以识别保留本质构型信息的最小结构细节，从而为蛋白质中结构-动力学-功能关系提供新视角，并指导构建简约且具信息量的多尺度模型。
引用
@article{arxiv.2311.08076,
title = {Determining the optimal structural resolution of proteins through an information-theoretic analysis of their conformational ensemble},
author = {Margherita Mele and Raffaele Fiorentini and Thomas Tarenzi and Giovanni Mattiotti and Raffaello Potestio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.08076},
year = {2025}
}