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【求助】請(qǐng)問(wèn)哪種方法的模擬結(jié)果更加可信？ 已有6人參與
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在模擬氨基酸分子在水溶液中最穩(wěn)定的分子構(gòu)象時(shí)，文獻(xiàn)中常用的方法有：DFT,ab initio, B3LYP/6-31+G, HF, MP2, MS, Discover3等，不考慮計(jì)算時(shí)間的話，請(qǐng)問(wèn)這些方法中哪些方法的計(jì)算結(jié)果最可信（最準(zhǔn)確）？ DFT 和MS, Discover3 相比，誰(shuí)更準(zhǔn)確？ 本人對(duì)模擬不太懂，多謝指點(diǎn)啊。  [ Last edited by wuli8 on 2010-4-26 at 13:22 ] |
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 第一性原理 |
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2樓2010-04-26 11:13:52
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3樓2010-04-26 11:14:45
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hi,做分子模擬，比如模擬氨基酸的穩(wěn)定構(gòu)象，從熱力學(xué)上講，就是要找到自由能最低的構(gòu)象。 對(duì)于一個(gè)真空中的單分子，能量就是自由能，因此只要搜索它各種可能的構(gòu)象（靜態(tài)），然后看看哪個(gè)能量最低即可。 在溶液中，溶質(zhì)構(gòu)象受到溶劑的影響，穩(wěn)定構(gòu)象可能不一樣，自由能需要通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬確定，這就是分子動(dòng)力學(xué)MD（Molecular dynamics）。分子動(dòng)力學(xué)模擬的關(guān)鍵也是計(jì)算能量，相比較靜態(tài)的方法，動(dòng)態(tài)的，對(duì)溶液體相（Bulk solution）的模擬，需要精確計(jì)算氨基酸溶質(zhì)和溶劑的分子間相互作用能。 因此，無(wú)論哪種方法，能量計(jì)算的精度決定了計(jì)算結(jié)果的好壞。 能量計(jì)算分為考慮電子結(jié)構(gòu)的（從頭算HF,MP2，密度泛函DFT, 統(tǒng)稱第一性原理理論），不考慮電子結(jié)構(gòu)的(純經(jīng)典分子力學(xué)MM，, Molecular Mechanics: 比如CHARMM, AMBER); 還有一些半經(jīng)驗(yàn)的（AM1, PM3），介于二者之間，但是也是考慮電子結(jié)構(gòu)的。 HF和DFT是兩大類的從頭算能量計(jì)算方法，它們通過(guò)計(jì)算電子的分布得出能量。他們的區(qū)別在于基本的思路不一樣，HF從分子軌道（原子軌道的線性組合）導(dǎo)出能量信息，而DFT通過(guò)電子云密度導(dǎo)出能量信息。 前面有朋友說(shuō)MP2最準(zhǔn)確，的確是這樣的。它是一種后HF(Post HF)方法。因?yàn)镠F計(jì)算沒(méi)有充分考慮電子相關(guān)（correlation, 簡(jiǎn)單說(shuō)是電子電子相互作用），因此MP2在HF的結(jié)果上進(jìn)行修正（MP2是二級(jí)微擾方法，還有MP4等高級(jí)微擾方法）。MP2是上述方法中最為耗時(shí)的計(jì)算。而DFT是計(jì)算精度與速度都比較適中的的方法。 關(guān)于B3LYP/631+G*, 這是一種基于DFT的方法，B3LYP指的是電子交換與相關(guān)的一種處理方法。631+G*是基組，即求解Schrodinger方程所用的基函數(shù)，它決定了計(jì)算的精度。還有6311++G(d,p)等等，一般來(lái)說(shuō)，基組越高越好。 所有基于電子結(jié)構(gòu)的能量計(jì)算都很慢，不適合于大規(guī)模的分子動(dòng)力學(xué)模擬（也有從頭算分子動(dòng)力學(xué)，大多基于DFT），因此，一般分子動(dòng)力學(xué)模擬都采用分子力學(xué)的方法計(jì)算能量。相比較HF, DFT, 分子力學(xué)(又叫分子力場(chǎng)force field)把分子看成是用彈簧連起來(lái)的帶電小球，描述小球間相互作用的函數(shù)叫勢(shì)函數(shù)，又叫分子力場(chǎng)force field，一個(gè)分子力場(chǎng)一般包括一套原子類型的定義，一套勢(shì)函數(shù)，以及不同原子類型的參數(shù)。適用于生物體系模擬的分子力場(chǎng)有CHARMM, AMBER等。 GROMACS是一個(gè)進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬的軟件，你需要用它來(lái)運(yùn)行模擬，包括搭建你的模擬所用的盒子，選定所用的力場(chǎng)，設(shè)定模擬時(shí)間，分析模擬結(jié)果等等。 Gaussian是進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)計(jì)算所用的軟件,可以進(jìn)行HF, DFT, MP2等各種電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，也能進(jìn)行一些基于分子力學(xué)的計(jì)算，但是gaussian不適合于進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算。 如果想做基于電子結(jié)構(gòu)的分子動(dòng)力學(xué)模擬（第一性原理分子動(dòng)力學(xué)），你需要使用VASP, ABINIT, DMOL, CPMD, cp2k 等軟件，它們一般基于DFT理論。為了加速計(jì)算，它們一般把內(nèi)層電子簡(jiǎn)化為一個(gè)球，只計(jì)算價(jià)層電子的結(jié)構(gòu)。即使這樣，第一性原理分子動(dòng)力學(xué)往往需要大規(guī)模并行計(jì)算，非常昂貴。 以上是我的一些理解，供初學(xué)者參考。不對(duì)的地方，請(qǐng)大家指教。 [ Last edited by ChemiAndy on 2010-4-27 at 03:38 ] |
7樓2010-04-27 03:35:29
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