大連化物所生物分子模擬理論方法研究取得系列進(jìn)展

 　隨著生物大分子實驗技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越巨大和復(fù)雜的分子體系被發(fā)現(xiàn)和鑒定出來，凸顯了生物分子體系本身特有的多尺度特性，而分子動力學(xué)模擬作為生物分子功能解析的強(qiáng)有力工具和研究手段，已經(jīng)必不可少。但是由于這些體系包含的原子數(shù)目巨大，從幾千到上百萬，行使功能所涉及到的時間尺度從皮秒到毫秒，解析他們行使功能的分子機(jī)制和微觀機(jī)理非常困難。

　　 現(xiàn)有的全原子分子模擬研究手段和方法還無法對這樣的體系進(jìn)行高精度和長時間動力學(xué)模擬。自2009年以來，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所分子模擬與設(shè)計研究組著眼于上述問題，針對生物體系自身獨有的多尺度特性，開展了多精度分子模型的建立和動力學(xué)模擬方法發(fā)展。

　　通過巧妙結(jié)合全原子可極化分子力場的高精度與粗粒化和剛體動力學(xué)模擬的計算速度快兩大優(yōu)勢，該研究組創(chuàng)新性地提出和發(fā)展了可描述非球形粒子之間廣義范德華相互作用的Gay-Berne勢、可高精度描述粒子之間靜電相互作用的多極距展開勢EMP、新型高精度粗粒化分子模型GBEMP；針對組成蛋白質(zhì)的20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸、DNA、RNA和細(xì)胞膜磷脂等一系列生物分子體系都進(jìn)行了詳細(xì)的理論模型構(gòu)建以及參數(shù)化；利用這一高精度粗?；肿幽Ｐ偷纳锓肿觿恿W(xué)模擬在精度上與全原子模型高度一致，同時，計算速度卻快10-100倍，實現(xiàn)了精度與速度的優(yōu)化匹配。相應(yīng)的系列文章分別發(fā)表于J.Chem.Phys. 2011，J. Mol. Model. 2012，J. Chem. Theory Comp. 2014，J. Comp. Chem. 2015，J. Chem. Theory Comp.2016。

　　針對高精度理論模型計算速度耗時這一生物分子模擬關(guān)鍵理論問題，該研究組提出和發(fā)展了增強(qiáng)型采樣算法與計算機(jī)圖形芯片GPU相結(jié)合的軟硬件加速計算方案，在國際上率先實現(xiàn)了高精度、高效率生物分子模擬計算程序，比之前的計算速度提高了5至10倍。作為中國大陸地區(qū)唯一的受邀者于2015年7月在美國Snowmass召開的生物分子模擬與自由能計算國際會議上作邀請報告，文章近期以封面形式發(fā)表在J. Comp. Chem 2016。

大連化物所生物分子模擬理論方法研究取得系列進(jìn)展