【3.3.2】gromacs常见水分子模型

进行分子动力学模拟,水分子十分重要,除非选择使用连续介质模型(implictit water model)。水分子模型较多,选择这些模型要结合使用的力场,并参考别人已经的数据。一下简单介绍几种常见的水分子模型,希望对了解它们有点帮助。

按照一般化学常识,水分子由三个原子构成,主要的参数应该有各个原子的质量,电量,氢氧键的长度以及H-O-H的键角。没有错,最简单的水分子模型就是这些参数都固定的刚性水分子模型。如SPC模型和TIP3P模型。这两种模型中,原子质量和电量都在同一个质点上。唯一不同的是TIP3P的H-O-H键角比理论值109.47小,为104.52度。这两种水模型只有氧原子具有范德华作用系数,氢原子的范德华系数为0。

以上两种模型有对应的改进模型,SPC的改进模型为SPC/E,起主要改进其实就是使溶液系统的总能量乘以5.22 kJ/mol。这样可以使SPC溶液属性更加接近实验值。TIP3P在CHARMM力场中的改进是给氢原子一定的范德华系数,这样做的结果的计算根据复杂。。。(很无奈,因为结果好,所以也没有办法。)

由于真是情况下水分子的电量分布并不是完全在原子上的,如氧原子的一部分负电量就在H-O-H的对角线上,还有两个电子对处在H-O化学键的延长线上。为了得到更加真实的水分子模型,四个粒子以上的模型就被应用到分子动力学模拟中。其中最著名的有TIP4P模型。该模型在三个原子中间,H-O-H化学键的对角线上多了一个不含质量,只带电量的点。很多蛋白质模拟计算中,TIP4P和OPLS力场结合使用都得到很好的效果。

以上提到,水分子的氧原子在H-O化学键延长线上有两个电子对,于是有的人就在这两处添加了两个只带电量的粒子。2000年报道的TIP5P模型,计算结果也很好。还有一些牛人,结合TIP4P和TIP5P,要研制TIP6P,很好很强大。。。

不得不说,并不是模型的所含粒子越多越好。粒子越多,计算付出越大,因为要计算的相互作用更多

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