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标题: 单个水分子势能计算问题 [打印本页]

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-15 13:42
标题: 单个水分子势能计算问题
本帖最后由 gongrehk 于 2021-7-15 13:43 编辑

1. 请问MD计算(比如Gromacs包)中是如何计算单个水分子势能的呢?比如说采用SPC/E模型模拟白质溶液体系。
2. 为什么文件中水分子之间的L-J势能只考虑O-O原子对之间的势能呢？
谢谢大家！

作者
Author: agent99 时间: 2021-7-15 14:07
1.“单个水分子势能”在MD里没什么意义。真要算的话，就是把势能里所有涉及到水分子的项（包括水分子和蛋白的作用，不同水分子之间的作用还有水分子内部势能（如果用的是柔性水模型））都找出来加到一块儿，然后除以水分子数
2.因为水模型里只有O原子有L-J势，H没有

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-15 15:17
谢谢您的解释。@agent99
针对以上两问题我还有点疑问：
1. “势能里所有涉及到水分子的项”对于单个水分子而言是指该水分子任一原子与体系中其他所有原子(属于蛋白质和所有水分子的)之间的L-J势能加和是吗?感觉定义上应该是这样。不过这样的话，如何计算O-H原子之间的L-J势能呢，涉及到的两个参数是多少呢？我只知道O原子对之间的参数。
2. 为什么O-H之间没有L-J势能呢?

我是准备计算单个水分子的Rotation Energy,所以需要先计算单个水分子的势能。我们认为溶液不同位置处水分的Rotation Energy应该是不一样的。不知道您了解过这个的计算没有。

作者
Author: k64_cc 时间: 2021-7-15 15:49
SPC/E是rigid的，monomer势能是0。分清楚你想考察的是一个水分子与其他部分的相互作用能，还是单个水分子在该构象下的势能。

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-15 16:00

k64_cc 发表于 2021-7-15 15:49
SPC/E是rigid的，monomer势能是0。分清楚你想考察的是一个水分子与其他部分的相互作用能，还是单个水分子在 ...

谢谢您的回复！
我不太理解什么叫单个水分子在该构象下的势能。我以为水分子的势能就是水分子与其他部分的相互作用能，也就是L-J势和静电势能的叠加。您能稍微解释一下吗?

作者
Author: k64_cc 时间: 2021-7-15 20:53
本帖最后由 k64_cc 于 2021-7-15 21:01 编辑

gongrehk 发表于 2021-7-15 16:00
谢谢您的回复！
我不太理解什么叫单个水分子在该构象下的势能。我以为水分子的势能就是水分子与其他部分 ...

你把体系分成两部分A和B，总势能就可以被分解为U(A), U(B) 和 U(AB)。相互作用能就是相互作用能，不要创造名词。
你要是用GMX，就可以直接能量分解，定义正确的index就行。建议先sample再rerun，其中sample的时候用PME，rerun改用cutoff。PME的短程不是单纯的Coulomb potential，能量分解的时候会带来困扰。

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-15 21:32

k64_cc 发表于 2021-7-15 20:53
你把体系分成两部分A和B，总势能就可以被分解为U(A), U(B) 和 U(AB)。相互作用能就是相互作用能，不要创 ...

谢谢前辈！
在我们模拟的体系中，L-J势能和库伦势是我们主要考虑的两项势能，但是这两种不都是原子(静电势为带电原子)间相互作用而来吗？这样的话这两项都属于U(AB)了? 那对于某个水分子而言，U(A)从何而来呢?

作者
Author: agent99 时间: 2021-7-15 23:49

gongrehk 发表于 2021-7-15 07:32
谢谢前辈！
在我们模拟的体系中，L-J势能和库伦势是我们主要考虑的两项势能，但是这两种不都是原子(静电 ...

如果你的水模型是柔性的，它在模拟过程中偏离平衡构象就会有U(A)。用SPC/E的话不存在这个情况

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-16 15:29
本帖最后由 gongrehk 于 2021-7-16 15:30 编辑

agent99 发表于 2021-7-15 23:49
如果你的水模型是柔性的，它在模拟过程中偏离平衡构象就会有U(A)。用SPC/E的话不存在这个情况

嗯嗯明白了！柔性SPC模型会有O–H stretching产生的自身的势能。
GMX rerun可以计算目标分子的势能，不过我想了解的是Gromacs是如何计算的势能。比如说L-J势，Gromacs运算过程中是否考虑O-H原子对之间的L-J势能，考虑的话L-J势涉及的两个参数是多少呢？我只找到了O-O原子对的参数。
谢谢！

作者
Author: sobereva 时间: 2021-7-18 01:32

gongrehk 发表于 2021-7-16 15:29
嗯嗯明白了！柔性SPC模型会有O–H stretching产生的自身的势能。
GMX rerun可以计算目标分子的势能，不 ...

看分子的[moleculetype]里定义的nrexcl。nrexcl=n表示不计算n个键相连的原子间非键作用，一般为3，所以不会计算直接相连的原子间的非键作用

作者
Author: agent99 时间: 2021-7-18 15:04

gongrehk 发表于 2021-7-16 01:29
嗯嗯明白了！柔性SPC模型会有O–H stretching产生的自身的势能。
GMX rerun可以计算目标分子的势能，不 ...

我知道的水模型里，H原子都是没有L-J项的

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-19 13:40

sobereva 发表于 2021-7-18 01:32
看分子的[moleculetype]里定义的nrexcl。nrexcl=n表示不计算n个键相连的原子间非键作用，一般为3，所以不 ...

谢谢老师！
是的。这是指分子内的非键相互作用是吧？不过分子间的比如说水分子1的O原子与水分子2之间的H原子之间的L-J势也不考虑的吗?
在蛋白质溶液体系中，水分子的H原子与蛋白质分子的L-J也是直接忽略的吗?难道只是采用combining rule 计算O原子的吗？这个问题挺困惑

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-19 13:44

agent99 发表于 2021-7-18 15:04
我知道的水模型里，H原子都是没有L-J项的

是的我了解到的SPC，SPC／E，TIP３，TIP4都不考虑H原子的L-J项。不过在蛋白质溶液体系中，水分子的H原子与蛋白质分子的L-J也是直接忽略的吗?

作者
Author: sobereva 时间: 2021-7-19 21:51

gongrehk 发表于 2021-7-19 13:40
谢谢老师！
是的。这是指分子内的非键相互作用是吧？不过分子间的比如说水分子1的O原子与水分子2之间的 ...

看具体水模型
常见的水模型对H都没定义LJ参数，但某些水模型比如CHARMM TIP3P对H也有LJ参数，此时有“水分子1的O原子与水分子2之间的H原子之间的L-J势”

作者
Author: sobereva 时间: 2021-7-19 21:52

gongrehk 发表于 2021-7-19 13:44
是的我了解到的SPC，SPC／E，TIP３，TIP4都不考虑H原子的L-J项。不过在蛋白质溶液体系中，水分子的H原子 ...

是

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-7-20 13:26

sobereva 发表于 2021-7-19 21:52
是

好的谢谢老师非常感谢！

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-8-23 18:30

k64_cc 发表于 2021-7-15 20:53
你把体系分成两部分A和B，总势能就可以被分解为U(A), U(B) 和 U(AB)。相互作用能就是相互作用能，不要创 ...

前辈能详细说一下为什么需要改用Cut-off吗？最近碰到了这个问题。
PME的短程是原电荷(ri)和screening charge产生的电势是吗？这部分衰减很快，可以视为短程部分。
倒易空间内的是cancelling charge产生的，是长程部分。
但是这个过程也是计算了原电荷(ri)处的静电势能啊，对于一个分子来说加和这部分不就是该分子的静电势能了吗？为什么能量分解处会有困扰呢?真的很好奇这个问题。

作者
Author: k64_cc 时间: 2021-8-23 19:39
本帖最后由 k64_cc 于 2021-8-23 19:46 编辑

gongrehk 发表于 2021-8-23 18:30
前辈能详细说一下为什么需要改用Cut-off吗？最近碰到了这个问题。
PME的短程是原电荷(ri)和screening ch ...

Ewald sum可以理解为
point charge - gaussian charge + gaussian charge ，
其中前两项加一起是Ewald sum的短程部分，最后一项是长程部分。能量分解要的是point charge的贡献，不需要 - gaussian charge部分，所以Ewald sum短程部分直接拿来用不很恰当。如果只想要point charge部分，那最简单的方法显然是rerun了。

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-8-24 17:45

k64_cc 发表于 2021-8-23 19:39
Ewald sum可以理解为
point charge - gaussian charge + gaussian charge ，
其中前两项加一起是Ewald ...

- gaussian charge + gaussian charge的结果不就相抵消了吗，那这样的话短程部分加上长程部分的结果不还是point charge的贡献吗?

作者
Author: k64_cc 时间: 2021-8-25 14:03

gongrehk 发表于 2021-8-24 17:45
- gaussian charge + gaussian charge的结果不就相抵消了吗，那这样的话短程部分加上长程部分的结果不还 ...

你要是能把长程部分给分解了，可以考虑拿出来单发一个JCP。

作者
Author: gongrehk 时间: 2021-8-28 07:12

k64_cc 发表于 2021-8-25 14:03
你要是能把长程部分给分解了，可以考虑拿出来单发一个JCP。

没明白

不过还是谢谢您这个问题好像确实也没什么意义，我先跳过这个吧

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