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蛋白全原子力场笔记整理

来源: 1. Biomolecular Simulations

介绍

1.1 CHARMM

第一个全原子CHARMM蛋白力场为CHARMM22,其为后面所有全原子CHARMM蛋白力场基础。其数据来源主要是QM计算蛋白片段和水分子之间的相互联系得到qi.CHARMM22/CMAP力场增加了φ,ψ转角的二维表征。写笔记的时候最新版本CHARMM36。CMAP数据和蛋白侧链都得到了进一步优化。并且衍生了许多分支。具体参考

1.2 AMBER

AMBER力场第一版为AMBER ff94 。 其通过在气相中通过Hartree-Fock方法进行QM计算电荷(?电位),被称为restrained electrostatic potentia(RESP)。这个过程很容易自动获得,并且通过算法能够获得新分子的电荷。缺陷是会导致轻微的过极化(overpolarization)。AMBER ff03力场的QM静电式使用的是隐式溶液环境,并且采用更加高精度的QM算法。但是AMBER的力场主干还是由ff94修订而成,包括ff96,ff99,ff99SB。这些主要是细化了扭转角参数。目前最新的为ff14SB和ff19SB,其采用更加高精度的算法,并且引用了一些肽的实验数据。官网推荐ff14SB使用TIP3P水模型,而ff19SB推荐OPC水模型。当然还衍生了 ff99SBildn,ff99SBnmr力场等等。

1.3 GROMOS

GROMOS力场更确切的说是联合原子力场,因为非极性氢没有显式的表示。最新版本为54A8.

1.4 OPLS/AA

OPLS是第一个基于液态模拟拟合非键参数的力场。OPLS-AA力场初始为借鉴的AMBER力场,随后精炼QM能量开发了OPLS-AA/L。最新版本为OPLS4.OPLS力场关注小分子的结合,应用于药物设计。

review文章推荐:https://doi.org/10.1021/acs.jcim.8b00042

1.5 水和原子

最初TIP3P 被用于AMBER和OPLS。修正的TIP3P用于CHARMM,SPC水模型用于GROMOS。

AMBER模型在推导的时候并未考虑显示水溶剂,所以其比较容易可以测试其他水模型,如TIP4P-Ew或者TIP4P-2005等等。

水模型的主要问题并不是水的精度本身,而是和蛋白之间的相互作用没有得到很好的拟合。

如果盐浓度小于100mM,默认的盐浓度即足够。

选择合适的力场

PS:我参考的文献是2019年的,以下数据不是最新的。如这篇文章的时候还没有ff19SB

文中说了一堆,最后推荐CHARMM36和AMBER ff14SB。这里不过多记录了。