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木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)

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[交流] 【轉(zhuǎn)帖】常見(jiàn)水分子模型（轉(zhuǎn)載）

原帖地址：http://xyz19850126.blog.163.com/ ... 292010829114138996/

進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，水分子十分重要，除非選擇使用連續(xù)介質(zhì)模型（implictit water model）。水分子模型較多，選擇這些模型要結(jié)合使用的力場(chǎng)，并參考別人已經(jīng)的數(shù)據(jù)。一下簡(jiǎn)單介紹幾種常見(jiàn)的水分子模型，希望對(duì)了解它們有點(diǎn)幫助。

按照一般化學(xué)常識(shí)，水分子由三個(gè)原子構(gòu)成，主要的參數(shù)應(yīng)該有各個(gè)原子的質(zhì)量，電量，氫氧鍵的長(zhǎng)度以及H-O-H的鍵角。沒(méi)有錯(cuò)，最簡(jiǎn)單的水分子模型就是這些參數(shù)都固定的剛性水分子模型。如SPC模型和TIP3P模型。這兩種模型中，原子質(zhì)量和電量都在同一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上。唯一不同的是TIP3P的H-O-H鍵角比理論值109.47小，為104.52度。這兩種水模型只有氧原子具有范德華作用系數(shù)，氫原子的范德華系數(shù)為0。

以上兩種模型有對(duì)應(yīng)的改進(jìn)模型，SPC的改進(jìn)模型為SPC/E，起主要改進(jìn)其實(shí)就是使溶液系統(tǒng)的總能量乘以5.22 kJ/mol。這樣可以使SPC溶液屬性更加接近實(shí)驗(yàn)值。TIP3P在CHARMM力場(chǎng)中的改進(jìn)是給氫原子一定的范德華系數(shù)，這樣做的結(jié)果的計(jì)算根據(jù)復(fù)雜。。。（很無(wú)奈，因?yàn)榻Y(jié)果好，所以也沒(méi)有辦法。）

由于真是情況下水分子的電量分布并不是完全在原子上的，如氧原子的一部分負(fù)電量就在H-O-H的對(duì)角線上，還有兩個(gè)電子對(duì)處在H-O化學(xué)鍵的延長(zhǎng)線上。為了得到更加真實(shí)的水分子模型，四個(gè)粒子以上的模型就被應(yīng)用到分子動(dòng)力學(xué)模擬中。其中最著名的有TIP4P模型。該模型在三個(gè)原子中間，H-O-H化學(xué)鍵的對(duì)角線上多了一個(gè)不含質(zhì)量，只帶電量的點(diǎn)。很多蛋白質(zhì)模擬計(jì)算中，TIP4P和OPLS力場(chǎng)結(jié)合使用都得到很好的效果。

以上提到，水分子的氧原子在H-O化學(xué)鍵延長(zhǎng)線上有兩個(gè)電子對(duì)，于是有的人就在這兩處添加了兩個(gè)只帶電量的粒子。2000年報(bào)道的TIP5P模型，計(jì)算結(jié)果也很好。還有一些牛人，結(jié)合TIP4P和TIP5P，要研制TIP6P，很好很強(qiáng)大。。。

不得不說(shuō)，并不是模型的所含粒子越多越好。粒子越多，就算付出越大，因?yàn)橐?jì)算的相互作用更多。

以上所提到的各個(gè)模型的參數(shù)，可以看看這里：http://en.wikipedia.org/wiki/Water_model

最后提一下：SPC=simple point charge；TIP4P=Transferable Intermolecular Potential (function) 4 Points.

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1樓 2011-03-16 20:52:11

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