力诱导弹性软化与聚合物仲亲体链的构象转变

内在无序蛋白 (IDP) 和聚仲亲体 (PA) 链的力学响应对于理解其生物学功能以及设计功能性材料至关重要。我们利用分子动力学模拟和基于广义随机相位近似 (GRPA) 的理论方法，研究具有不同电荷序列的 PA 链的伸长行为。在伸长力作用下，具有不同电荷序列的两块体 PA 链在弱电静力学耦合下发生连续的卷曲-拉伸转变，而在更强的耦合下转变尖锐化为类似球状-卷曲的转变。GRPA 理论定量地捕捉了这些行为，包括尖锐构象转变及其对电静力学强度的依赖。模拟结果显示，在伸长和松弛过程中存在显著的滞后现象。此外，弹性模数表现为四个 regime：初始平台、应力刚性、指数应力软化行为以及应力刚性 regime。利用该理论模型和 PA 链的结构输入，我们证明弹性软化 regime 中的弹性模数随力 $f$ 的函数呈指数衰减，$E\sim \exp(-\alpha_0 f/\Gamma_e)$，与模拟结果一致。PA 链的弹性响应进一步在不同电荷序列下进行了考察，在电荷块长度较小时不存在显著的弹性软化和尖锐转变。最后，粗粒度模型的 IDP 如 LAF-1 和 DDX4 也表现出类似的非线性弹性行为，凸显了这些机制的普适性。我们的结果在电荷序列、电静相关性和非线性弹性之间建立了基本联系，桥接了分子相互作用和宏观力学。