基于GB--EMP粗粒化模型对DNA的分子动力学模拟

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分子动力学模拟已经成为一种非常重要的模拟方法,特别是针对复杂的分子体系尤为如此。但是由于全原子模型计算时间长,加之计算机的运算能力尚待提高,所以对于生物大分子体系而言,进行分子动力学模拟仍有一定局限性。而本文采用的粗粒化模型就恰好能够解决这一不足。本文介绍的粗粒化模型较原始的粗粒化模型有所改进,考虑到粒子形状的各向异性以及电多极效应,采用基于各向异性的Gay-Berne势和包含电荷、偶极、四极的电多极展开势的粗粒化模型。脱氧核糖核酸(DNA)能够引导生物发育与生命机能运作,是生物体研究的重要组成部分。本文构建了两种DNA,由于DNA是较大分子,所以将DNA的脱氧核糖、磷酸以及四种碱基这六种组成部分看作六种粗粒化粒子,以求得更好的结果。选取六种组成部分的基本构象,分别计算每种构象的van der Waals相互作用势,并将所得结果与利用AMOEBA力场的全原子模型计算所得van der Waals相互作用势的结果比较,并拟合出相应的范德瓦尔斯参数。为了使电多极展开势的参数更加精确,根据每个组成部分的各原子电负性的具体情况,选取相应的电多极展开位点,得到静电参数。最后,利用得到的GB-EMP参数,采用粗粒化模型对两条选定的DNA进行分子动力学模拟,并计算体系的均方根偏差、径向分布函数、双螺旋结构的大沟小沟等参数,将得到的结果与全原子模型的结果进行比较,拟合的较好。在所得结果方面,本文采用的粗粒化模型所得的结果与全原子模型结果仍存在一定的偏差。若能调整位点位置或增加位点数目,以及更加精确的调试所得参数,可能会得到更加准确的结果。粗粒化模型具有能够保证较高精度的前提下,大幅度的提高分子动力学模拟的速度的优点。特别是针对较大分子体系,这种优势表现的更为明显。这是因为粗粒化模型忽略了分子内部键长、键角、二面角的振动;同时利用粗粒化粒子代替了多对原子之间的相互作用,效率得到很大提高。因此本文采用的粗粒化模型适用范围很广,无论是小分子体系,还是大分子体系均可适用。
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