改善鈣及鎂離子和陰離子交互作用的力場參數:應用於電解質及高負電荷密度的生物分子模擬(1/2)

背景:溶液中的離子和離子對的結構、動態和自由能是一個長期引人注目的研究主題，已經有多種不同的實驗及理論研究結果。金屬離子中(特別是鈣離子和鎂離子)在細胞的生物功能中扮演重要角色。動機:先前的研究和我們的研究已經指出，在使用經驗力場的分子動態模擬中會導致高濃度的電解質溶液有過量的離子簇形成;這個結果會導致不正確的離子與水的配位數。上述的問題也可能會發生在高負電荷密度的生物系統，例如DNA/磷脂質。此問題的發生可能是在分子動態模擬中使用近似(不精準)的陽離子和陰離子的Lennard-Jones 作用參數(預設是使用Lorentz-Berthelot combining rule)。方法:我們將應用Roux 與其同事提出的 “NBFIX” 方法最佳化Ca2+Cl 和 Mg2+Cl的Lennard-Jones作用參數。實驗上量測的不同濃度的M2+H2O 配位數和滲透壓為我們最佳化的目標。此外，相同方法也將用於最佳化Ca2+O(在PO4中) 和 Mg2+O(在PO4中)的Lennard-Jones 作用參數，以再現實驗上觀測的金屬離子在磷脂質雙層中的位置及molecular electrometers。目標:(1) 得到最佳化的Ca2+Cl和Mg2+Cl的Lennard-Jones 作用參數以應用於高濃度的氯化鈣和氯化鎂溶液的分子動態模擬; (2) 得到最佳化的Ca2+O(在PO4中)和Mg2+O(在PO4中)的Lennard-Jones 作用參數以應用於高負電荷密度的DNA 和磷脂質雙層的分子動態模擬。