细胞膜磷脂分子低温模拟情况下势函数优化必要性

ysrhhhh

目前有一个比较纠结的问题想请教一下大家
本人的研究方向是低温生物医学，目前组内有一个神经网络势函数相关的课题需要推进，想的是当前一些主流的、已有的磷脂分子的势函数(比如CHARMM36、lipid等力场)聚焦的主要温度模拟范围还是在生理温度范围内，因为看到比较多的文章都是在比较高的温度范围进行研究，只有部分涉及到较大的温区范围，如最低温到-60℃，但是并没有讨论其低温下模拟的误差问题，当然这也不是那些文章的关注点。在我的研究领域中低温环境中细胞膜的各种特性以及细胞膜和水分子的相互作用甚至是冰晶生长条件下细胞膜的动力学特性都是我们所关注的，因此我有几个问题：
1.不清楚低温条件对于目前势函数的计算准确性影响是什么水平？这里我后续也会去做一些分子动力学模拟去验证一下；
2.我目前想的是-20℃作为最低温去探讨，但是最低也可以到液氮温度-196℃，在这样的温度范围下是不是更有探讨意义；
3.对于磷脂等构象复杂的生物分子，如果是做后续DFT的采样作为数据集是不是比较复杂，因为还没接触过这个领域；
请大家不吝赐教，因为这个方向我也是小白，不是很了解

student0618

前提是要先说清楚研究目的和方向。

技术方面：

要检查所用的膜力场对重要的量如liquid-crystalline transition temperature是否准确

结冰用的水模型一般用专门的 TIP4P-ICE，论坛搜搜有给gmx格式的。

其他分子要看是否能模拟正确的量、是否要优化力场参数。

“某温度是不是更有探讨价值”要先看实际研究目和要回答的问题。

DFT 采样范围太广了，先说目的、要算的体系大小、要算什么出来、算出来训练什么等。

sobereva

你可以先假定主流的磷脂力场适用，并进行你想要研究的问题的模拟，可以交叉对比多个可能合适的力场（当然前提是对磷脂的相变温度的描述和实验能基本吻合）看看结果是否相互吻合，以判断模拟结果是否对力场的选择的依赖性较弱因此结论大概率合理。

你的问题跟DFT的采样没有密切联系。这种问题要对比计算模型的误差也是跟实验对比，而不是和DFT的结果对比。

ysrhhhh

谢谢大家的回答
我的主要的研究目的：研究低温情况下细胞膜和水分子之间的相互作用，比如说氢键网络以及低温下水分子转化为冰晶对细胞膜的作用力，还包括细胞膜自身的流动特性等；进一步的还可以加上蛋白质及其他的一些化学分子，研究它们和水分子以及细胞膜之间的相互作用，来探索这些物质的抑制冰晶生长的能力。
对于大家的回答我还有部分疑问：
1.我之前做结冰相关的模拟在gromacs中都是用的tip4p-ice水模型，因为不太了解DFT的那一部分，是不是去做磷脂分子的DFT的计算时也需要带上水分子，且最好是四点水模型的水分子？那DFT计算的结果中是不是也包含了水和水之间的相互作用势能的计算，那么最终我是以计算结果为准还是先有的tip4p-ice模型为准？
2.DFT那部分确实理解尚浅，主要还是想计算磷脂分子在低温下的动力学、热力学特性等以及和水分子的相互作用，目前设想的是先选单一组分的DPPC磷脂分子作为初始的研究对象，可能DFT的体系大小只有1-2个磷脂分子和若干水分子，期望训练出来的势函数能准确描述低温条件下的组分相互作用
3.接下来确实应该先利用现有力场来计算，但是现在能作为判断误差的标准大多是膜厚度、每个磷脂分子所占的面积等参数，但是和我想研究的目的相关性不是很大，比如说氢键网络这种，貌似没有判断其准确性的手段，那么我进一步应该如何筛选呢？
还请大家不吝赐教