Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác thực các tham số trường lực có khả năng phân cực cho axit nucleic thông qua các tương tác liên phân tử
Tóm tắt
Việc mô hình hóa các tính chất cấu trúc và nhiệt động lực học của axit nucleic từ lâu đã trở thành một thách thức trong phát triển các trường lực. Các trường lực có khả năng phân cực là thế hệ mới của các hàm tiềm năng nhằm xem xét tái phân bố điện tích và dipole được cảm ứng, và đã được chứng minh là đáng tin cậy trong việc mô hình hóa các phân tử nhỏ, polypeptide và protein, nhưng việc sử dụng chúng cho axit nucleic vẫn còn khá hạn chế. Trong bài viết này, các tương tác giữa axit nucleic và một phân tử nhỏ hoặc ion đã được mô hình hóa bằng AMOEBAbio09, một trường lực có khả năng phân cực hiện đại, và các trường lực không phân cực thông thường AMBER99sb và CHARMM36. Năng lượng tương tác giữa các phân tử thu được đã được so sánh với những gì được tính toán bởi các phương pháp cơ học lượng tử ab initio. Mặc dù bài kiểm tra này không đủ để chứng minh độ tin cậy của trường lực có khả năng phân cực, nhưng các kết quả ít nhất đã xác thực khả năng của nó trong việc mô hình hóa động năng của các cấu hình tĩnh, đây là một thành phần cơ bản trong việc định hình tham số trường lực.
Từ khóa
#trường lực có khả năng phân cực #axit nucleic #năng lượng tương tác giữa các phân tử #mô hình hóa #năng động lực họcTài liệu tham khảo
Kumar G S, Maiti M. DNA polymorphism under the influence of low pH and low-temperature. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 1994, 12(1): 183–201
Ali N, Ali R. High salt and solvent induced Z-conformation in native calf thymus DNA. Biochemistry and Molecular Biology International, 1997, 41: 1227–1235
Jones S, van Heyningen P, Berman H M, Thornton J M. Protein-DNA interactions: A structural analysis. Journal of Molecular Biology, 1999, 287(5): 877–896
Reinert K E. DNA multimode interaction with berenil and pentamidine; Double helix stiffening, unbending and bending. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 1999, 17(2): 311–331
Levitt M. Computer-simulation of DNA double-helix dynamics. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, 1983, 47: 251–262
Tidor B, Irikura K K, Brooks B R, Karplus M. Dynamics of DNA oligomers. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 1983, 1(1): 231–252
Condon D E, Yildirim I, Kennedy S D, Mort B C, Kierzek R, Turner D H. Optimization of an AMBER force field for the artificial nucleic acid, LNA, and benchmarking with NMR of L(CAAU). Journal of Physical Chemistry B, 2014, 118(5): 1216–1228
Perez A, Marchan I, Svozil D, Sponer J, Cheatham T E 3rd, Laughton C A, Orozco M. Refinement of the AMBER force field for nucleic acids: Improving the description of alpha/gamma conformers. Biophysical Journal, 2007, 92(11): 3817–3829
Soares T A, Hunenberger P H, Kastenholz M A, Krautler V, Lenz T, Lins R D, Oostenbrink C, Van Gunsteren W F. An improved nucleic acid parameter set for the GROMOS force field. Journal of Computational Chemistry, 2005, 26(7): 725–737
Hart K, Foloppe N, Baker C M, Denning E J, Nilsson L, MacKerell A D Jr. Optimization of the CHARMM additive force field for DNA: Improved treatment of the BI/BII conformational equilibrium. Journal of Chemical Theory and Computation, 2012, 8(1): 348–362
Langley D R. Environmentally dependent molecular dynamic simulations of DNA using the BMS nucleic acid force field. Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 1997, 213: 135
Langley D R. Molecular dynamic simulations of environment and sequence dependent DNA conformations: The development of the BMS nucleic acid force field and comparison with experimental results. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 1998, 16(3): 487–509
Anisimov V M, Lopes P E M, MacKerell A D. COMP 382-classical CHARMM drude oscillator polarizable force field for nucleic acid bases. Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 2007, 234
Baker C M, Anisimov V M, MacKerell A D Jr. Development of CHARMM polarizable force field for nucleic acid bases based on the classical drude oscillator model. Journal of Physical Chemistry B, 2011, 115(3): 580–596
Rick S W, Stuart S J. Potentials and algorithms for incorporating polarizability in computer simulations. Reviews in Computational Chemistry, 2002, 18: 89–146
Ren P Y, Ponder J W. Polarizable atomic multipole water model for molecular mechanics simulation. Journal of Physical Chemistry B, 2003, 107(24): 5933–5947
Ren P Y, Ponder J W. Temperature and pressure dependence of the AMOEBA water model. Journal of Physical Chemistry B, 2004, 108(35): 13427–13437
Shi Y, Xia Z, Zhang J, Best R, Wu C, Ponder J W, Ren P. The polarizable atomic multipole-based AMOEBA force field for proteins. Journal of Chemical Theory and Computation, 2013, 9(9): 4046–4063
Case D A, Berryman J T, Betz R M, Cerutti D S, Cheatham T E, Darden III T A, Duke R E, Giese T J, Gohlke H, Goetz A W, Homeyer N, Izadi S, Janowski P, Kaus J, Kovalenko A, Lee T S, LeGrand S, Li P, Luchko T, Luo R, Madej B, Merz KM, Monard G, Needham P, Nguyen H, Nguyen H T, Omelyan I, Onufriev A, Roe D R, Roitberg A, Salomon-Ferrer R, Simmerling C L, Smith W, Swails J, Walker R C, Wang J, Wolf R M, Wu X, York D M, Kollman P A. AMBER 2015. University of California, San Francisco, 2015
PetaChem. http://www.petachem.com (accessed on 12 Jan, 2015)
Gaussian 09. Wallingford, CT, USA: Gaussian, Inc., 2009
Best R B, Zhu X, Shim J, Lopes P E M, Mittal J, Feig M, MacKerell A D Jr. Optimization of the additive CHARMM all-atom protein force field targeting improved sampling of the backbone phi, psi and side-chain chi(1) and chi(2) dihedral angles. Journal of Chemical Theory and Computation, 2012, 8(9): 3257–3273
Wang J M, Wolf R M, Caldwell J W, Kollman P A, Case D A. Development and testing of a general amber force field. Journal of Computational Chemistry, 2004, 25(9): 1157–1174
Vanommeslaeghe K, Hatcher E, Acharya C, Kundu S, Zhong S, Shim J, Darian E, Guvench O, Lopes P, Vorobyov I, MacKerell A D. CHARMM general force field: A force field for drug-like molecules compatible with the CHARMM all-atom additive biological force fields. Journal of Computational Chemistry, 2010, 31: 671–690
Yu W B, He X B, Vanommeslaeghe K, MacKerell A D Jr. Extension of the CHARMM general force field to sulfonylcontaining compounds and its utility in biomolecular simulations. Journal of Computational Chemistry, 2012, 33(31): 2451–2468
Phillips J C, Braun R, Wang W, Gumbart J, Tajkhorshid E, Villa E, Chipot C, Skeel R D, Kale L, Schulten K. Scalable molecular dynamics with NAMD. Journal of Computational Chemistry, 2005, 26(16): 1781–1802
Izvekov S, Parrinello M, Burnham C J, Voth G A. Effective force fields for condensed phase systems from ab initio molecular dynamics simulation: A new method for force-matching. Journal of Chemical Physics, 2004, 120(23): 10896–10913
Akin-Ojo O, Song Y, Wang F. Developing ab initio quality force fields from condensed phase quantum-mechanics/molecularmechanics calculations through he adaptive force matching method. Journal of Chemical Physics, 2008, 129(6): 064108
Wang L P, Chen J H, Van Voorhis T. Systematic parametrization of polarizable force fields from quantum chemistry data. Journal of Chemical Theory and Computation, 2013, 9(1): 452–460
Laury M L, Wang L P, Pande V S, Head-Gordon T, Ponder J W. Revised parameters for the AMOEBA polarizable atomic multipole water model. Journal of Physical Chemistry B, 2015, 119(29): 9423–9437
Mackerell A D, Wiorkiewiczkuczera J, Karplus M. An all-atom empirical energy function for the simulation of nucleic-acids. Journal of the American Chemical Society, 1995, 117(48): 11946–11975
MacKerell A D, Banavali N, Foloppe N. Development and current status of the CHARMM force field for nucleic acids. Biopolymers, 2001, 56(4): 257–265
Cornell W D, Cieplak P, Bayly C I, Gould I R, Merz K M, Ferguson DM, Spellmeyer D C, Fox T, Caldwell J W, Kollman P A. A second generation force field for the simulation of proteins, nucleic acids, and organic molecules. Journal of the American Chemical Society, 1996, 118(9): 2309–2309
Badawi H M, Forner W, Al-Saadi A A. DFT-B3LYP versus MP2, MP3 and MP4 calculations of the structural stability of azidoketene O=C=CH-NNN. Journal of Molecular Structure THEOCHEM, 2004, 712(1-3): 131–138
Badawi H M. MP2, MP3 and MP4 versus DFT-B3LYP energies and vibrational assignments of near-planar carbamoyl azide and ketene. Journal of Molecular Structure, 2008, 888(1-3): 379–385
Neese F. The ORCA program system. Wiley Interdisciplinary Reviews. Computational Molecular Science, 2012, 2(1): 73–78