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标题: 关于分子动力学模拟中疏水效应的问题 [打印本页]

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Author: 418086011 时间: 2021-8-25 09:57
标题: 关于分子动力学模拟中疏水效应的问题
请教一个问题：卢老师在讲议里提到过疏水效应，但是疏水效应应该怎么判断呢？或者说，怎么样才能知道两个分子之间有没有疏水作用？谢谢大家！

作者
Author: sobereva 时间: 2021-8-25 10:35
对任何体系都有这种效应，只不过这种效应是否显著、是否能明显影响观察到的动力学行为问题而已
诸如对两片石墨烯，在水当中会自发贴到一起去，这明显体现疏水效应，而且疏水效应对其结合行为起到关键作用

作者
Author: 418086011 时间: 2021-8-25 10:51

sobereva 发表于 2021-8-25 10:35
对任何体系都有这种效应，只不过这种效应是否显著、是否能明显影响观察到的动力学行为问题而已
诸如对两片 ...

谢谢老师的回复！还是以石墨烯为例：怎么判断两片石墨烯贴到一起是疏水效应在起作用，而不是范德华力或静电力的作用引起的呢？因为静电力和范德华力是可以计算的，而疏水效应该用什么数据体现呢？

作者
Author: sobereva 时间: 2021-8-25 11:31

418086011 发表于 2021-8-25 10:51
谢谢老师的回复！还是以石墨烯为例：怎么判断两片石墨烯贴到一起是疏水效应在起作用，而不是范德华力或静 ...

石墨片在模拟时候原子电荷一般都设成0，根本没有静电作用。石墨片之间的范德华作用，相对于石墨片与溶剂分子来说，也没有明显优势，至少不构成导致两个石墨片能紧紧贴到一起的程度。

作者
Author: 418086011 时间: 2021-8-25 13:52

sobereva 发表于 2021-8-25 11:31
石墨片在模拟时候原子电荷一般都设成0，根本没有静电作用。石墨片之间的范德华作用，相对于石墨片与溶剂 ...

有点明白了，谢谢sob老师

作者
Author: azero 时间: 2021-8-25 17:20

sobereva 发表于 2021-8-25 11:31
石墨片在模拟时候原子电荷一般都设成0，根本没有静电作用。石墨片之间的范德华作用，相对于石墨片与溶剂 ...

请教一下sob老师，看到做蛋白氨基酸突变的文献，分析原因的时候（静态结构），他们说是疏水作用力增强了

wiki查了有Kyte与Doolittle,ECS亲水指数，想问下能否从氨基酸残基侧链结构式粗略估计哪个更疏水，比如氨基酸残基M、I和V（化学基础比较差），即如何粗略地分析（即论文中的maybe）所谓的“是疏水作用力增强了”

作者
Author: sobereva 时间: 2021-8-26 06:44

azero 发表于 2021-8-25 17:20
请教一下sob老师，看到做蛋白氨基酸突变的文献，分析原因的时候（静态结构），他们说是疏水作用力增强了
...

你看那些文章这种说法的依据是什么

如果是侧链引入芳环，一定程度上倒是可以这么说

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Author: azero 时间: 2021-8-26 10:05

sobereva 发表于 2021-8-26 06:44
你看那些文章这种说法的依据是什么

如果是侧链引入芳环，一定程度上倒是可以这么说

现在我做了一些突变，把M（处于蛋白质内部）突变成 I和V，热稳定提高了。该氨基酸旁边是有其他的疏水氨基酸，不知道能否说是疏水作用力提高了

作者
Author: sobereva 时间: 2021-8-27 06:36

azero 发表于 2021-8-26 10:05
现在我做了一些突变，把M（处于蛋白质内部）突变成 I和V，热稳定提高了。该氨基酸旁边是有其他的疏水氨基 ...

你可以做一些分析，诸如这些氨基酸的侧链区域间如果平均距离比突变前小很多，一定程度可以说明

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-11 10:08
本帖最后由 JCenter 于 2023-8-11 10:33 编辑

sobereva 发表于 2021-8-25 11:31
石墨片在模拟时候原子电荷一般都设成0，根本没有静电作用。石墨片之间的范德华作用，相对于石墨片与溶剂 ...

老师，假设溶质分子的电荷设置为0，那么溶质与溶剂水分子、溶质与溶质分子间的静电作用为0。但是除了疏水作用的体现以外，溶质分子间、以及溶质与溶剂分子间依旧存在范德华作用，那老师，1.范德华作用在这个靠近的过程中会扮演什么角色呢，溶剂与溶质间、溶质与溶质间。2.在跑MD的时候，溶质分子的原子电荷为0，但由于水分子依旧存在原子电荷，依旧需要设置长程库仑力的PME计算方法和1.0nm的截断半径。不知道我这么理解对不对。

作者
Author: sobereva 时间: 2023-8-11 10:12

JCenter 发表于 2023-8-11 10:08
老师，假设溶质分子的电荷设置为0，详单与分子间，即溶质与溶剂、溶质与溶质分子间的静电作用为0。但是除 ...

“详单与分子间” 语义不明

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-11 10:35

sobereva 发表于 2023-8-11 10:12
“详单与分子间” 语义不明

不好意思，老师，打错字了，是“相当于”，自我批评，粗心大意。我已经重新编辑和修改了内容。

作者
Author: sobereva 时间: 2023-8-12 03:36

JCenter 发表于 2023-8-11 10:08
老师，假设溶质分子的电荷设置为0，那么溶质与溶剂水分子、溶质与溶质分子间的静电作用为0。但是除了疏水 ...

1 还是照常发挥范德华作用该发挥的用处。比如距离不很近的时候色散吸引作用占主导，倾向分子间距离拉近，而距离太近的情况互斥作用起主导

2 对

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-12 15:46

sobereva 发表于 2023-8-12 03:36
1 还是照常发挥范德华作用该发挥的用处。比如距离不很近的时候色散吸引作用占主导，倾向分子间距离拉近， ...

好嘞，谢谢老师。针对老师您说的1的内容，我有个疑问：在溶质的原子电荷为0的条件下，两溶质相互靠近，也只能说明疏水效应、溶质间的色散吸引两者的综合作用高于溶质与水之间的色散吸引作用，这可以说明主要是疏水作用导致的分子的靠近吗？是不是因为，如果两个溶质分子如果距离太远，范德华作用中的色散吸引就衰减到0。仅仅靠溶质间的范德华作用不足以支撑两个溶质之间相互靠近。

作者
Author: wzkchem5 时间: 2023-8-12 16:22

JCenter 发表于 2023-8-12 08:46
好嘞，谢谢老师。针对老师您说的1的内容，我有个疑问：在溶质的原子电荷为0的条件下，两溶质相互靠近，也 ...

不足以说明。直接计算疏水作用、并证明它主导了结合自由能可能比较困难，但是可以迂回一下，改为证明色散吸引作用的贡献远小于结合自由能。这样两者都可以由MD结果统计得到。
不能简单地说，两个原子电荷全部为0的溶质在水里自发靠近，一定是主要因为疏水作用。例如两个中性的贵金属纳米颗粒在水里自发团聚，就很可能是因为色散吸引而非疏水作用，因为金属表面一般是亲水的，而金属纳米颗粒-金属纳米颗粒的色散作用又远大于金属纳米颗粒-水的色散作用

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-12 21:43
本帖最后由 JCenter 于 2023-8-12 21:50 编辑

wzkchem5 发表于 2023-8-12 16:22
不足以说明。直接计算疏水作用、并证明它主导了结合自由能可能比较困难，但是可以迂回一下，改为证明色散 ...

好嘞，谢谢老师的解答

。1.结合自由能可以通过gmx_mmpbsa计算得出，色散吸引是怎么计算的呢，好像通过gmx_mmpbsa或者gmx energy也就能得出范德华作用。
2。老师，您的意思是否为将原子电荷设为0后，去掉溶质间静电作用的影响，跑MD,计算没有静电作用下的结合自由能和色散吸引。
3.提及结合自由能，目前好像有GMXPBSA、g_mmpbsa和gmx_mmpbsa.这三种计算结合自由能的方式，哪种比较好一点呢。此外，其计算出来的结合自由能与卢老师的博文《使用Multiwfn做基于分子力场的能量分解分析》（http://sobereva.com/442）做出来的分子间的总相互作用能有何区别呢

作者
Author: wzkchem5 时间: 2023-8-13 03:28

JCenter 发表于 2023-8-12 14:43
好嘞，谢谢老师的解答。1.结合自由能可以通过gmx_mmpbsa计算得出，色散吸引是怎么计算的呢，好像通 ...

1. 范德华作用在实验上包含色散项、Keesom项和Debye项（https://mattermodeling.stackexch ... es-in-dft/6211#6211），但在分子力学里面一般把范德华项取为色散项（Lennard-Jones势里面的6次项）和Pauli排斥项（Lennard-Jones势里面的12次项）的和，gromacs以及其他几乎所有分子力学软件都是取后面这种定义。此时只知道范德华项肯定推不出色散项，但是很多情况下可以稍微修改你的科学问题，把“疏水作用和色散作用哪个重要”换成“疏水作用和【色散项+Pauli排斥项】哪个更重要”，很多时候其实能解答后者就够了（至于对于你的研究目的而言是否足够，那得由你自己结合你的研究目的来判断）。如果一定要把色散作用从【色散项+Pauli排斥项】里拆出来，首先自己写脚本肯定是可以做的，至于能不能用gromacs里的某个现成的功能实现，我就不知道了。
2. 能量是能量，自由能是自由能。疏水相互作用主要是熵的贡献（https://en.wikipedia.org/wiki/Entropic_force#Hydrophobic_force），所以不可能只用能量说明。至于具体用什么方法计算结合自由能最好，还请其他人补充

作者
Author: sobereva 时间: 2023-8-13 05:25

JCenter 发表于 2023-8-12 21:43
好嘞，谢谢老师的解答。1.结合自由能可以通过gmx_mmpbsa计算得出，色散吸引是怎么计算的呢，好像通 ...

可以试图计算原本情况、原子电荷设成0的情况、进一步去掉色散吸引项（把C6系数设0）时的要考察疏水作用的分子间的PMF（体现自由能随距离的变化），试图分析各部分起到的作用

MMPBSA不是干这个的，其中溶剂的熵效应、孔洞能、溶质-溶剂间范德华作用一起被用正比于SASA的项（或意义类似的项）描述，根本说不清楚你要研究的问题

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-13 16:19

wzkchem5 发表于 2023-8-13 03:28
1. 范德华作用在实验上包含色散项、Keesom项和Debye项（https://mattermodeling.stackexchange.com/quest ...

非常感谢老师。学生获益匪浅。

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-13 16:20

sobereva 发表于 2023-8-13 05:25
可以试图计算原本情况、原子电荷设成0的情况、进一步去掉色散吸引项（把C6系数设0）时的要考察疏水作用的 ...

非常感谢老师，学生获益匪浅。

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-14 10:39

sobereva 发表于 2023-8-13 05:25
可以试图计算原本情况、原子电荷设成0的情况、进一步去掉色散吸引项（把C6系数设0）时的要考察疏水作用的 ...

老师，我看您在一个贴子中的回复如截图（http://bbs.keinsci.com/thread-403-1-1.html）所示：关于疏水作用的数值计算，您说的是去掉非键相互作用（LJ势和静电相互作用），LJ势包括交换互斥和色散吸引两项，您截图中的意思是指除了去掉静电相互作用，还要去掉溶质分子的C6系数和C12系数，即溶质分子间的整个范德华作用为0。而此帖中：老师您的建议是仅去掉色散吸引项-C6系数。我好奇的是，代表交换互斥的C12系数什么时候该去掉呢。

作者
Author: sobereva 时间: 2023-8-15 03:26

JCenter 发表于 2023-8-14 10:39
老师，我看您在一个贴子中的回复如截图（http://bbs.keinsci.com/thread-403-1-1.html）所示：关于疏水作 ...

C12留着，否则可能原子间出现过近距离的接触

作者
Author: JCenter 时间: 2023-8-15 09:46

sobereva 发表于 2023-8-15 03:26
C12留着，否则可能原子间出现过近距离的接触

好嘞，感谢老师

作者
Author: JCenter 时间: 2026-1-3 23:13

sobereva 发表于 2023-8-13 05:25
可以试图计算原本情况、原子电荷设成0的情况、进一步去掉色散吸引项（把C6系数设0）时的要考察疏水作用的 ...

卢老师，又来叨扰你啦，温故而知新，重新回过头来看，还是想请教您几个问题，关于疏水作用以及疏水/色散/库伦等对结合自由能的贡献

：
1.由于疏水作用是熵贡献，体现在结合自由能中，而色散/库伦只是分子间的非键相互作用。肯定不能横向比较吧,不知道我理解的对不对。
2.如果不能比较，那就应该考虑组分对结合自由能的贡献，这应该是可以横向比较的。从这一点和MD的角度来说，怎么考虑分子间的疏水作用、库伦、色散对结合自由能的贡献呢。按照卢老师所建议的，完整非键作用下的PMF为PMF_full, 把参与反应坐标的两分子的原子电荷设为0(分子间无库伦作用、溶质分子与水之间也无库伦）后得到的PMF为PMF_noQ，进一步，再去掉两分子间的C6色散项，其PMF为PMF_noQ_noDisp。
2a. PMF_noQ_noDisp能算是疏水作用能吗。还是说，PMF_noQ得到的相对结合自由能-PMF_noQ_noDisp下的结合自由能的差值，算是熵效应对结合自由能的贡献呢。因为DeltaG=DeltaU+Delta(PV)-TdeltaS,而deltaU=deltaEk（动能）+deltaEp（势能）,Ep=E库伦+E色散+E排斥+E键相互作用。PMF_noQ_noDisp的计算过程中，尽管溶质分子间的库伦、色散都没了，但是系统内能还不为0，也就没法凸显-TS,而疏水作用本质不就是熵增效应吗。这里我搞不清了

2b. PMF_full下得到的结合自由能-PMF_noQ得到的结合自由能的差值应该不能算是静电作用对结合自由能的贡献吧。因为插值部分涉及到溶剂与溶质间的静电作用、没有电荷造成物质的改变从而间接导致熵的变化。不知道是不是我过于纠结了。

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