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MLIMC:Machine Learning-Based Implicit-Solvent Monte Carlo
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作者 Jiahui Chen Weihua Geng Guo-Wei Wei 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 2021年第6期683-694,I0001,共13页
Monte Carlo(MC)methods are important computational tools for molecular structure optimizations and predictions.When solvent effects are explicitly considered,MC methods become very expensive due to the large degree of... Monte Carlo(MC)methods are important computational tools for molecular structure optimizations and predictions.When solvent effects are explicitly considered,MC methods become very expensive due to the large degree of freedom associated with the water molecules and mobile ions.Alternatively implicit-solvent MC can largely reduce the computational cost by applying a mean field approximation to solvent effects and meanwhile maintains the atomic detail of the target molecule.The two most popular implicit-solvent models are the Poisson-Boltzmann(PB)model and the Generalized Born(GB)model in a way such that the GB model is an approximation to the PB model but is much faster in simulation time.In this work,we develop a machine learning-based implicit-solvent Monte Carlo(MLIMC)method by combining the advantages of both implicit solvent models in accuracy and efficiency.Specifically,the MLIMC method uses a fast and accurate PB-based machine learning(PBML)scheme to compute the electrostatic solvation free energy at each step.We validate our MLIMC method by using a benzene-water system and a protein-water system.We show that the proposed MLIMC method has great advantages in speed and accuracy for molecular structure optimization and prediction. 展开更多
关键词 Machine learning implicit-solvent Monte Carlo simulation Poisson-Boltzmann equation ELECTROSTATICS
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Modeling the temperature-dependent peptide vibrational spectra based on implicit-solvent model and.enhance sampling technique
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作者 吴天敏 王天骏 +3 位作者 陈娴 方彬 张睿挺 庄巍 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期289-298,共10页
We herein review our studies on simulating the thermal unfolding Fourier transform infrared and two-dimensional infrared spectra of peptides. The peptide-water configuration ensembles, required forspectrum modeling, a... We herein review our studies on simulating the thermal unfolding Fourier transform infrared and two-dimensional infrared spectra of peptides. The peptide-water configuration ensembles, required forspectrum modeling, aregenerated at a series of temperatures using the GBOBC implicit solvent model and the integrated tempering sampling technique. The fluctuating vibrational Hamiltonians of the amide I vibrational band are constructed using the Frenkel exciton model. The signals are calculated using nonlinear exciton propagation. The simulated spectral features such as the intensity and ellipticity are consistent with the experimental observations. Comparing the signals for two beta-hairpin polypeptides with similar structures suggests that this technique is sensitive to peptide foldinz landscapes. 展开更多
关键词 PEPTIDE two-dimensional infrared spectra (2DIR) foldinlandscape implicit solvent model
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地质流体中络合物同位素平衡分馏系数的第一性原理计算 被引量:1
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作者 孙明光 王佳新 袁顺达 《矿床地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期372-382,共11页
地质流体中不同络合物之间的稳定同位素平衡分馏系数是利用稳定同位素示踪地质流体演化过程的必要前提。但由于受实验条件的限制,流体中部分元素不同络合物之间的同位素分馏系数难以通过实验精确测定。基于第一性原理的理论计算是获得... 地质流体中不同络合物之间的稳定同位素平衡分馏系数是利用稳定同位素示踪地质流体演化过程的必要前提。但由于受实验条件的限制,流体中部分元素不同络合物之间的同位素分馏系数难以通过实验精确测定。基于第一性原理的理论计算是获得溶液中不同络合物之间稳定同位素平衡分馏系数的一种重要手段,能够获取各种极端条件下同位素分馏系数。在应用第一性原理计算溶液中不同络合物间同位素平衡分馏系数时,需要对溶液的动态特性和水分子之间的相互作用进行模拟。目前,显式溶剂模型和隐式溶剂模型是模拟地质流体中水溶液环境的2种主要模型,均已成功应用于同位素分馏系数的计算。文章系统介绍了这2种模型的计算方法,并且对比研究了这2种模型计算约化配分函数比(β)的优势及不足,结果显示,2种模型的主要差异表现在3个方面:(1)计算耗时的不同,隐式溶剂模型计算的原子数目少,结构单一,因此耗时少;显式溶剂模型计算的原子数目多,结构复杂多样,因此在同一计算和理论水平条件下,耗时比隐式溶剂模型多;(2)水分子数和构型的不同,隐式溶剂模型只有一个构型,因而不能评估络合物构型对β值的影响;而显式溶剂模型能够通过添加不同数量的水分子及建立不同的初始构型有效评估水分子数量及构型对计算结果的影响;(3)隐式溶剂模型将溶质周围的水环境定义为具有均匀介电常数的连续介质,没有充分考虑水的动态特性和水分子之间的相互作用,导致计算结果误差较大;而显式溶剂模型能更好的处理水分子的动态特征及分子间形成的氢键,计算结果更为准确。通过2种模型的对比研究表明,显式溶剂模型能够更好的模拟水分子和溶质间的相互作用,计算获得的各络合物之间的同位素平衡分馏系数更为准确。本研究结果可以为今后开展相关同位素分馏计算时选择何种模型提供重要依据。 展开更多
关键词 地球化学 第一性原理 同位素分馏 络合物 含矿流体 显式溶剂模型和隐式溶剂模型
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隐式溶剂模型计算外重组能 被引量:1
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作者 徐涛 《黄冈师范学院学报》 2019年第3期70-73,共4页
使用隐式溶剂模型计算萘和全氟萘的空穴/电子外重组能,探讨了在有机材料电荷转移过程中,外重组能对于电荷载流子传输速率的重要影响,考虑到隐式溶剂模型的计算结果只依赖于介电常数的选取,因此其定量结果可能存在较大误差,但却能够给出... 使用隐式溶剂模型计算萘和全氟萘的空穴/电子外重组能,探讨了在有机材料电荷转移过程中,外重组能对于电荷载流子传输速率的重要影响,考虑到隐式溶剂模型的计算结果只依赖于介电常数的选取,因此其定量结果可能存在较大误差,但却能够给出定性结论。结果表明:外重组能随介电常数的减小而降低,同时外重组能与介电常数的倒数(1/ε)成比例关系;电荷传输材料的类型与空穴/电子外重组能之间可能存在某种对应关系,即p型传输材料的空穴外重组能大于电子,而n型传输材料的空穴外重组能却小于电子。 展开更多
关键词 隐式溶剂模型 外重组能 介电常数
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新隐式溶剂模型下的B型RNA模拟
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作者 刘裕峰 龚海鹏 《生命科学仪器》 2014年第5期30-33,共4页
分子动力学模拟是研究包括RNA在内的生物大分子结构和功能的重要方法,但常规的显式溶剂模拟耗时较长,影响了其进一步应用。隐式溶剂模型通过用连续模型代替溶剂分子,能大大加速模拟速度,因此提高模拟效率。然而,现有的隐式溶剂模型都不... 分子动力学模拟是研究包括RNA在内的生物大分子结构和功能的重要方法,但常规的显式溶剂模拟耗时较长,影响了其进一步应用。隐式溶剂模型通过用连续模型代替溶剂分子,能大大加速模拟速度,因此提高模拟效率。然而,现有的隐式溶剂模型都不能很好地描述核酸分子,尤其是RNA。在之前的研究中(已接收),我们提出了一个新的隐式溶剂模型,并分别测试了A型RNA双螺旋、28S r RNA和t RNA等多个系统,验证了该模型可以更好地计算隐式溶剂下的静电相互作用。由于上述系统均以稳定的结构作为起始,因此没有采集到大的构象变化。在本文中,我们将采用B型RNA双螺旋(B-RNA)作为测试系统来验证该模型是否能正确地采集到大尺度的构象转变过程。初步结果表明,在我们的模型下,B-RNA不仅能够正确地采集A型RNA双链构象,而且其搜索速度也比相应的显式模型快。 展开更多
关键词 分子动力学模拟 B型RNA 隐式溶剂模型
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隐式溶剂下丙氨酸体系电荷分解分析的理论计算
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作者 鲍捷 欧仁侠 陈洪斌 《吉林大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1235-1240,共6页
采用密度泛函理论中的B3LYP方法优化隐式溶剂下丙氨酸(Ala)分子的几何构型,并用同法计算隐式水(H_2O)及甲醇溶剂下Ala体系片段的轨道波函数及电荷分解分析(CDA).结果表明,在隐式溶剂甲醇和H2O下,CH_3片段的扩展电荷分解分析(ECDA)计算... 采用密度泛函理论中的B3LYP方法优化隐式溶剂下丙氨酸(Ala)分子的几何构型,并用同法计算隐式水(H_2O)及甲醇溶剂下Ala体系片段的轨道波函数及电荷分解分析(CDA).结果表明,在隐式溶剂甲醇和H2O下,CH_3片段的扩展电荷分解分析(ECDA)计算结果相差0.001 3;NH_2片段的ECDA计算结果相差0.000 8,定量结果基本一致,CH_3和NH_2片段的CDA计算结果ri对二者的定性结果基本一致. 展开更多
关键词 丙氨酸 隐式溶剂 电荷分解 波函数
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隐式溶剂下S-亮氨酸体系分子轨道NAO贡献的计算
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作者 张志军 郭树怀 《吉林大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1521-1525,共5页
利用高斯内置的自然键轨道(NBO)分析程序,计算不同隐式溶剂下S-亮氨酸(S-Leu)体系分子轨道的自然原子轨道(NAO)贡献.结果表明:隐式溶剂甲醇和氯仿对S-Leu体系分子轨道根据所属中心加和的NAO贡献影响较大,隐式溶剂甲醇和H_2O的NAO贡献计... 利用高斯内置的自然键轨道(NBO)分析程序,计算不同隐式溶剂下S-亮氨酸(S-Leu)体系分子轨道的自然原子轨道(NAO)贡献.结果表明:隐式溶剂甲醇和氯仿对S-Leu体系分子轨道根据所属中心加和的NAO贡献影响较大,隐式溶剂甲醇和H_2O的NAO贡献计算结果更接近;隐式溶剂甲醇下羧基片段的NAO贡献总值与隐式溶剂H_2O下的计算结果更接近;隐式溶剂氯仿、甲醇和H_2O对羧基片段的NAO贡献影响不同. 展开更多
关键词 亮氨酸分子 分子轨道成分 自然原子轨道 隐式溶剂
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基于分子轨道特征苏氨酸分子体系的电子激发类型
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作者 鲍捷 欧仁侠 祝颖 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2020年第6期1479-1483,共5页
基于优化的右旋苏氨酸(R-Thr)分子结构,在PBE0/def2-TZVP下,用含时密度泛函理论(TDDFT)方法得到气相条件、隐式H2O和甲醇溶剂环境下R-Thr分子体系电子激发过程中激发态波函数的计算结果,并通过指认分子轨道类型方法研究R-Thr分子体系价... 基于优化的右旋苏氨酸(R-Thr)分子结构,在PBE0/def2-TZVP下,用含时密度泛函理论(TDDFT)方法得到气相条件、隐式H2O和甲醇溶剂环境下R-Thr分子体系电子激发过程中激发态波函数的计算结果,并通过指认分子轨道类型方法研究R-Thr分子体系价层电子的激发类型.结果表明:隐式溶剂环境比气相环境更适合研究R-Thr分子体系的电子激发特性;分子轨道(MO)类型与Δr指数分析结果较理想,大部分激发态的激发类型与激发模式指认吻合度较高. 展开更多
关键词 苏氨酸 电子激发 分子轨道类型 隐式溶剂
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基于NTO类型图解苏氨酸分子体系的价层激发
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作者 鲍捷 欧仁侠 祝颖 《吉林大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2021年第1期156-161,共6页
在B3LYP/6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂甲醇下右旋体苏氨酸(R-Thr)分子的几何构型,根据该结构,在Mo6-2X/6-311G(d)、TZVP和def2-TZVP基组水平上,用含时密度泛函理论(TDDFT)方法进行电子激发计算,并通过指认自然跃迁轨道(NTO)类型方法... 在B3LYP/6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂甲醇下右旋体苏氨酸(R-Thr)分子的几何构型,根据该结构,在Mo6-2X/6-311G(d)、TZVP和def2-TZVP基组水平上,用含时密度泛函理论(TDDFT)方法进行电子激发计算,并通过指认自然跃迁轨道(NTO)类型方法研究R-Thr-CH 3OH分子体系价层电子激发类型.结果表明:TZVP基组与def2-TZVP基组激发类型判断结果基本一致,6-311G(d)基组与其他两种基组水平对比,激发类型判断结果差异较大;NTO类型分析与理论数据Δr指数分析配合使用,对R-Thr-CH 3OH分子体系电子激发类型和激发模式指认具有实际意义. 展开更多
关键词 苏氨酸 电子激发类型 自然跃迁轨道 隐式溶剂甲醇
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柔性对接算法用于β-环糊精和胆汁酸的分子识别研究 被引量:1
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作者 蔡文生 姚雪霞 +2 位作者 于艳敏 邵学广 潘忠孝 《计算机与应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2003年第5期551-555,共5页
为了研究β-环糊精与胆汁酸形成包结物的稳定性和分子识别机制,采用自行研制的柔性对接算法对β-环糊精和不同胆汁酸的分子识别进行了分子力学模拟,并和刚性对接方式进行了比较。结果表明:柔性对接优化得到的结构比相应的刚性对接得到... 为了研究β-环糊精与胆汁酸形成包结物的稳定性和分子识别机制,采用自行研制的柔性对接算法对β-环糊精和不同胆汁酸的分子识别进行了分子力学模拟,并和刚性对接方式进行了比较。结果表明:柔性对接优化得到的结构比相应的刚性对接得到的结构更合理;包结物的稳定性随着胆汁酸所含羟基数目的增加而降低;对于含有相同羟基数目的胆汁酸,羟基的位置及其取向对包结物的稳定性也存在影响;范德华能和去溶剂化能是影响包结物稳定性的主要因素。 展开更多
关键词 柔性对接算法 Β-环糊精 胆汁酸 分子识别 隐性溶剂模型 药物分子 医药载体 包结物
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Simulation of the T-jump triggered unfolding and thermal unfolding vibrational spectroscopy related to polypeptides conformation fluctuation
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作者 Xian Chen Tianmin Wu +3 位作者 Zhe-Ning Chen Tan Jin Wei Zhuang Yisong Zheng 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第8期1115-1129,共15页
We review in this article our recent simulation works on modeling peptide T-jump and thermal unfolding Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) and two-dimensional infrared(2DIR) spectra. The theoretical and comp... We review in this article our recent simulation works on modeling peptide T-jump and thermal unfolding Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) and two-dimensional infrared(2DIR) spectra. The theoretical and computational techniques used,including Markov state model(MSM), integrated tempering sampling(ITS) and nonlinear exciton propagation(NEP), are first briefly introduced. The protocols for simulating the thermal unfolding as well as T-jump unfolding are then summarized in details. The simulated spectral features, such as the intensity and ellipticity, are demonstrated to agree well with the experimental observations. 展开更多
关键词 POLYPEPTIDES amide vibration nonlinear response MSMs T-jump implicit solvent model ITS 2DIR folding landscape
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