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标题: 如何进行大体系下的量化计算？ [打印本页]

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-21 15:34
标题: 如何进行大体系下的量化计算？
楼主想计算5000个原子的酶分子与若干有机化合物之间的结合，然后使用multiwfn研究在氨基、苯环等各主要位点上的（sobereva.com）若相互作用、结合能、结合常数。研究方法的选择上遇到了困惑，传统的Gromacs分子动力学可以满足计算量要求，但是其主要针对氢键有关的相互作用比较好，似乎很难描述色散作用和计算结合常数。如果用ORCA计算，更符合楼主习惯和倾向性，但是此情况需要描述的是酶分子和几十个小有机化合物之间的相互作用，似乎初始优化的平衡状态都难以进行。请问各位大神，有无更好的建议？或者已有的研究模式可供参考？

谢谢！

作者
Author: wzkchem5 时间: 2020-10-21 15:37
用QM/MM，活性位点附近100个原子左右用QM，其余用MM

作者
Author: chrinide 时间: 2020-10-21 19:06
只能用GFN-FF来搞了，据大佬宣称这个力场精度可以达到QM的精度。

作者
Author: 喵星大佬 时间: 2020-10-21 19:43
本帖最后由喵星大佬于 2020-10-21 19:44 编辑

其实2000个原子的话GFN-xTB也干的动原文里就有优化蛋白结构的
GFN-FF也用GFN2-xTB来对比的，半斤八两

作者
Author: exity 时间: 2020-10-21 20:45
GFN-FF貌似很吃内存，一个2K结构用GFN-FF跑，192GB内存一致报错，从来没有成功过，就此放弃。

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-21 21:28

wzkchem5 发表于 2020-10-21 15:37
用QM/MM，活性位点附近100个原子左右用QM，其余用MM

如果研究酶催化中心介导的化学反应，用QM/MM应该没有问题。但是如果一个蛋白质结构依赖于本身的氨基官能团非共价键结合化合物。显然QM/MM将无从下手，因为该结合位点并不表现出高度选择性，而且该氨基结构遍布蛋白质或者酶体系。

作者
Author: 喵星大佬 时间: 2020-10-21 21:30

lao7 发表于 2020-10-21 21:28
如果研究酶催化中心介导的化学反应，用QM/MM应该没有问题。但是如果一个蛋白质结构依赖于本身的氨基官能 ...

那我觉得既然是算非共价作用，那可以看考这个博文

http://sobereva.com/214

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-21 21:39

喵星大佬发表于 2020-10-21 19:43
其实2000个原子的话GFN-xTB也干的动原文里就有优化蛋白结构的
GFN-FF也用GFN2-xTB来对比的，半斤八两

理论上，量化计算需要一个大致合理的初始结构。一个大蛋白质分子如果耦合几十个小离子，计算体系的初始结构如何摆弄？是类似于Gromacs的随机放入吗？谢谢。

作者
Author: 喵星大佬 时间: 2020-10-21 21:45

lao7 发表于 2020-10-21 21:39
理论上，量化计算需要一个大致合理的初始结构。一个大蛋白质分子如果耦合几十个小离子，计算体系的初始结 ...

你先用力场优化个差不多的出来啊

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-21 21:49

喵星大佬发表于 2020-10-21 21:30
那我觉得既然是算非共价作用，那可以看考这个博文

http://sobereva.com/214

谢谢！受用。之前阅读过。总觉得初始结构不好弄。即一个大蛋白质分子和小化合物分子，非共价键的作用位点可能好多。到底要摆放多少小化合物分子合适？到底怎么给出初始结构？

作者
Author: 喵星大佬 时间: 2020-10-21 21:55

lao7 发表于 2020-10-21 21:49
谢谢！受用。之前阅读过。总觉得初始结构不好弄。即一个大蛋白质分子和小化合物分子，非共价键的作用位点 ...

可以先跑MD看看情况，对于能用量化算的体系跑MD轨迹可以跑很久/很多条轨迹，选择合适的力场还是能提供很多信息的

作者
Author: wzkchem5 时间: 2020-10-21 23:13

lao7 发表于 2020-10-21 21:28
如果研究酶催化中心介导的化学反应，用QM/MM应该没有问题。但是如果一个蛋白质结构依赖于本身的氨基官能 ...

哦，我之前没理解，你说的是酶，我就自动理解成只和催化位点作用了

作者
Author: sobereva 时间: 2020-10-22 04:25
“似乎很难描述色散作用和计算结合常数”这是不对的。普通分子力场能合理描述色散作用，本身LJ势里就有专门的1/r^6项描述。

如果有很多位点需要考虑，量化计算时候分别挨个考虑，计算哪个位点时就把哪个位点挖成簇模型计算。

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-22 09:20

wzkchem5 发表于 2020-10-21 23:13
哦，我之前没理解，你说的是酶，我就自动理解成只和催化位点作用了

谢谢您的回复！对于小分子化合物和酶蛋白的相互作用来说，可能非专一性的结合更具有普适性和代表性。

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-22 09:28

sobereva 发表于 2020-10-22 04:25
“似乎很难描述色散作用和计算结合常数”这是不对的。普通分子力场能合理描述色散作用，本身LJ势里就有专门 ...

谢谢Sob.！请问关于第一个回答：根据您的经验，描述常规的CHON化合物（蛋白质体系）时，什么力场对色散作用描述的更好些？

第二个回答：提到的簇模型，应该指的是以官能团（靶点）为中心半径截取的模型片段，请问这个截取的模型片段大小及尺寸有无约定俗成的半径范围？谢谢。

作者
Author: 喵星大佬 时间: 2020-10-22 09:41

lao7 发表于 2020-10-22 09:28
谢谢Sob.！请问关于第一个回答：根据您的经验，描述常规的CHON化合物（蛋白质体系）时，什么力场对色散 ...

1 大部分描述有机物的力场都有专门描述色散的项，Amber力场，OPLS力场等等，对于生物分子的描述都不差

2 没有，而且截取不同的片段计算结果可能有定性差异

作者
Author: wzkchem5 时间: 2020-10-22 13:10

sobereva 发表于 2020-10-22 04:25
“似乎很难描述色散作用和计算结合常数”这是不对的。普通分子力场能合理描述色散作用，本身LJ势里就有专门 ...

但那样的话，不同位点的结合能力不好相互比较吧，因为QM区不一样，相当于是理论级别不统一

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-22 14:39

喵星大佬发表于 2020-10-22 09:41
1 大部分描述有机物的力场都有专门描述色散的项，Amber力场，OPLS力场等等，对于生物分子的描述都不差

...

谢谢，这个描述色散的项是自动的吗？还是需要额外添加命令。例如Gromacs里面的AMBER99SB 谢谢回复！

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-22 14:40

wzkchem5 发表于 2020-10-22 13:10
但那样的话，不同位点的结合能力不好相互比较吧，因为QM区不一样，相当于是理论级别不统一

是的！问题就在这里。即使设置相同。一个大蛋白质分子和上百个小分子相互作用。初始构型都够头疼的。看来分子动力学绕不开了。

作者
Author: wzkchem5 时间: 2020-10-22 16:54

lao7 发表于 2020-10-22 14:40
是的！问题就在这里。即使设置相同。一个大蛋白质分子和上百个小分子相互作用。初始构型都够头疼的。看来 ...

我觉得只能是每个位点都用两个不同大小的QM区做计算，通过两个QM区的结果一致，来说明把其他部分近似用MM处理引入的误差可以忽略

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-22 17:21

wzkchem5 发表于 2020-10-22 16:54
我觉得只能是每个位点都用两个不同大小的QM区做计算，通过两个QM区的结果一致，来说明把其他部分近似用MM ...

我现在比较倾向于Sob的观点。先用分子动力学描述，然后再分割以簇的形式分别计算各个附近位点。你的观点也是正确的。即QM/MM，但是这无法预测多位点情况。

作者
Author: wzkchem5 时间: 2020-10-23 18:15

lao7 发表于 2020-10-22 17:21
我现在比较倾向于Sob的观点。先用分子动力学描述，然后再分割以簇的形式分别计算各个附近位点。你的观点 ...

我说的就是分割成簇，每个位点都选两个不同大小的簇，分别计算，如果计算结果差不多，就说明簇选得足够大。对于单位点的计算常常不需要这么严格，因为簇即使比较小，误差也是系统误差，比较相对值时可以互相抵消，但是多位点互相比较的话，选取簇造成的误差不能抵消，所以必须证明簇模型的结果相对于簇大小收敛

作者
Author: lao7 时间: 2020-10-23 18:56

wzkchem5 发表于 2020-10-23 18:15
我说的就是分割成簇，每个位点都选两个不同大小的簇，分别计算，如果计算结果差不多，就说明簇选得足够大 ...

谢谢回复，受益匪浅。就按此途径解决。

作者
Author: sobereva 时间: 2020-10-24 10:01

lao7 发表于 2020-10-22 09:28
谢谢Sob.！请问关于第一个回答：根据您的经验，描述常规的CHON化合物（蛋白质体系）时，什么力场对色散 ...

主流蛋白质力场都半斤八两，比如Amber+GAFF、CHARMM+CGenFF等都可以
一般来说把最接近的一圈残基都算进去就行了，比如

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