Hrubozrnné modelování - Coarse-grained modeling

Hrubozrnné modelování, hrubozrnné modely, zaměřené na simulaci chování složitých systémů pomocí jejich hrubozrnné (zjednodušené) reprezentace. Hrubozrnné modely jsou široce používány pro molekulární modelování biomolekul[1][2] na různých zrnitost úrovně. Byla navržena široká škála hrubozrnných modelů. Obvykle se věnují výpočetnímu modelování specifických molekul: proteinů,[1][2] nukleové kyseliny,[3][4] lipidové membrány,[2][5] sacharidy[6] nebo voda.[7] V těchto modelech nejsou molekuly představovány jednotlivými atomy, ale „pseudoatomy“ přibližujícími se skupinami atomů, jako jsou celé aminokyselinový zbytek. Snížením stupňů volnosti lze studovat mnohem delší simulační časy na úkor molekulárních detailů. Hrubozrnné modely našly praktické uplatnění v molekulární dynamika simulace.[1]

Hrubozrnné modelování pochází z práce Michael Levitt a Ariel Warshel v 70. letech.[8][9][10] Hrubozrnné modely jsou v současnosti často používány jako součást víceúrovňové modelování protokoly v kombinaci s rekonstrukčními nástroji[11] (od hrubozrnné po atomistickou reprezentaci) a modely atomistického rozlišení.[1] Samotné modely s atomovým rozlišením nejsou v současné době dostatečně efektivní, aby zvládly velké velikosti systému a časové harmonogramy simulace.[1][2]


Softwarové balíčky

  • Rozsáhlý atomový / molekulární masivně paralelní simulátor (SVÍTILNY )
  • Extensible Simulation Package for Research on Soft Matter ESPResSo (Externí odkaz)

Reference

  1. ^ A b C d E Kmiecik, Sebastian; Gront, Dominik; Kolinski, Michal; Wieteska, Lukasz; Dawid, Aleksandra Elzbieta; Kolinski, Andrzej (2016-06-22). „Hrubozrnné proteinové modely a jejich aplikace“. Chemické recenze. 116 (14): 7898–936. doi:10.1021 / acs.chemrev.6b00163. ISSN  0009-2665. PMID  27333362.
  2. ^ A b C d Ingólfsson, Helgi I .; Lopez, Cesar A .; Uusitalo, Jaakko J .; de Jong, Djurre H .; Gopal, Srinivasa M .; Periole, Xavier; Marrink, Siewert J. (01.05.2014). „Síla hrubého zrnění v biomolekulárních simulacích“. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. 4 (3): 225–248. doi:10,1002 / wcms.1169. ISSN  1759-0884. PMC  4171755. PMID  25309628.
  3. ^ Boniecki, Michal J .; Lach, Grzegorz; Dawson, Wayne K .; Tomala, Konrad; Lukasz, Pawel; Soltysinski, Tomasz; Rother, Kristian M .; Bujnicki, Janusz M. (2016-04-20). „SimRNA: hrubozrnná metoda simulací skládání RNA a predikce 3D struktury“. Výzkum nukleových kyselin. 44 (7): e63. doi:10.1093 / nar / gkv1479. ISSN  0305-1048. PMC  4838351. PMID  26687716.
  4. ^ Potoyan, Davit A .; Savelyev, Alexey; Papoian, Garegin A. (01.01.2013). "Nedávné úspěchy v hrubozrnném modelování DNA". Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. 3 (1): 69–83. doi:10,1002 / wcms.1114. ISSN  1759-0884. S2CID  12043343.
  5. ^ Baron, Riccardo; Trzesniak, Daniel; de Vries, Alex H .; Elsener, Andreas; Marrink, Siewert J .; van Gunsteren, Wilfred F. (19. 2. 2007). „Porovnání termodynamických vlastností simulačních modelů s hrubou zrnitostí a atomovou úrovní“ (PDF). ChemPhysChem. 8 (3): 452–461. doi:10.1002 / cphc.200600658. ISSN  1439-7641. PMID  17290360.
  6. ^ López, Cesar A .; Rzepiela, Andrzej J .; de Vries, Alex H .; Dijkhuizen, Lubbert; Hünenberger, Philippe H .; Marrink, Siewert J. (08.12.2009). „Martini hrubozrnné silové pole: rozšíření na sacharidy“. Journal of Chemical Theory and Computation. 5 (12): 3195–3210. doi:10.1021 / ct900313w. ISSN  1549-9618. PMID  26602504.
  7. ^ Hadley, Kevin R .; McCabe, Clare (01.07.2012). „Hrubozrnné molekulární modely vody: recenze“. Molekulární simulace. 38 (8–9): 671–681. doi:10.1080/08927022.2012.671942. ISSN  0892-7022. PMC  3420348. PMID  22904601.
  8. ^ Levitt, Michael; Warshel, Arieh (1975-02-27). "Počítačová simulace skládání proteinů". Příroda. 253 (5494): 694–698. doi:10.1038 / 253694a0. PMID  1167625.
  9. ^ Warshel, A .; Levitt, M. (1976-05-15). „Teoretické studie enzymatických reakcí: dielektrická, elektrostatická a sterická stabilizace uhlíkového iontu při reakci lysozymu“. Journal of Molecular Biology. 103 (2): 227–249. doi:10.1016/0022-2836(76)90311-9. ISSN  0022-2836. PMID  985660.
  10. ^ Levitt, Michael (2014-09-15). „Vznik a budoucnost multiscale modelování pro makromolekulární systémy (Nobelova přednáška)“. Angewandte Chemie International Edition. 53 (38): 10006–10018. doi:10,1002 / anie.201403691. ISSN  1521-3773. PMID  25100216. S2CID  3680673.
  11. ^ Badaczewska-Dawid, Aleksandra E .; Kolinski, Andrzej; Kmiecik, Sebastian (2020). „Výpočetní rekonstrukce atomistických proteinových struktur z hrubozrnných modelů“. Výpočetní a strukturální biotechnologický časopis. 18: 162–176. doi:10.1016 / j.csbj.2019.12.007. ISSN  2001-0370. PMC  6961067. PMID  31969975.