Крупнозернистое моделирование - Coarse-grained modeling

Крупнозернистое моделирование, крупнозернистые модели, стремятся моделировать поведение сложных систем с использованием их грубого (упрощенного) представления. Крупнозернистые модели широко используются для молекулярное моделирование биомолекул[1][2] на различных детализация уровни. Предложен широкий спектр крупнозернистых моделей. Обычно они предназначены для компьютерного моделирования конкретных молекул: белков,[1][2] нуклеиновые кислоты,[3][4] липидные мембраны,[2][5] углеводы[6] или вода.[7] В этих моделях молекулы представлены не отдельными атомами, а «псевдоатомами», приближающими группы атомов, например целые аминокислотный остаток. Уменьшая степени свободы, можно исследовать гораздо большее время моделирования за счет молекулярных деталей. Крупнозернистые модели нашли практическое применение в молекулярная динамика симуляции.[1]

Грубое моделирование возникло в результате работы Майкл Левитт и Ариэль Варшел в 1970-е гг.[8][9][10] Крупнозернистые модели в настоящее время часто используются как компоненты многомасштабное моделирование протоколы в сочетании с инструментами реконструкции[11] (от крупнозернистого к атомистическому представлению) и модели атомистического разрешения.[1] Одни только модели с атомистическим разрешением в настоящее время недостаточно эффективны для обработки больших размеров системы и временных масштабов моделирования.[1][2]


Программные пакеты

  • Крупномасштабный атомно-молекулярный массивно-параллельный симулятор (ЛАМПЫ )
  • Расширяемый пакет моделирования для исследования мягкой материи Эспрессо (внешняя ссылка)

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Кмесик, Себастьян; Гронт, Доминик; Колинский, Михал; Ветеска, Лукаш; Давид, Александра Эльжбета; Колинский, Анджей (22.06.2016). «Крупнозернистые модели белков и их применение». Химические обзоры. 116 (14): 7898–936. Дои:10.1021 / acs.chemrev.6b00163. ISSN  0009-2665. PMID  27333362.
  2. ^ а б c d Ingólfsson, Helgi I .; Lopez, Cesar A .; Uusitalo, Jaakko J .; de Jong, Djurre H .; Gopal, Srinivasa M .; Периола, Ксавье; Марринк, Сиверт Дж. (2014-05-01). «Сила крупного зерна в биомолекулярном моделировании». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука. 4 (3): 225–248. Дои:10.1002 / wcms.1169. ISSN  1759-0884. ЧВК  4171755. PMID  25309628.
  3. ^ Boniecki, Michal J .; Лах, Гжегож; Доусон, Уэйн К .; Томала, Конрад; Лукаш, Павел; Солтысинский, Томаш; Ротер, Кристиан М .; Буйницки, Януш М. (2016-04-20). «SimRNA: крупнозернистый метод моделирования сворачивания РНК и предсказания трехмерной структуры». Исследования нуклеиновых кислот. 44 (7): e63. Дои:10.1093 / нар / gkv1479. ISSN  0305-1048. ЧВК  4838351. PMID  26687716.
  4. ^ Потоян, Давид А .; Савельев, Алексей; Папоян, Гарегин А. (01.01.2013). «Последние успехи в крупнозернистом моделировании ДНК». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука. 3 (1): 69–83. Дои:10.1002 / wcms.1114. ISSN  1759-0884. S2CID  12043343.
  5. ^ Барон, Риккардо; Тшесняк, Даниил; де Фриз, Алекс Х .; Эльзенер, Андреас; Marrink, Siewert J .; ван Гунстерен, Уилфред Ф. (19 февраля 2007 г.). «Сравнение термодинамических свойств крупнозернистых имитационных моделей и моделей атомного уровня» (PDF). ХимФисХим. 8 (3): 452–461. Дои:10.1002 / cphc.200600658. ISSN  1439-7641. PMID  17290360.
  6. ^ López, Cesar A .; Rzepiela, Andrzej J .; де Фриз, Алекс Х .; Дийкхейзен, Любберт; Hünenberger, Philippe H .; Марринк, Сиверт Дж. (2008-12-08). "Крупнозернистое силовое поле Мартини: расширение на углеводы". Журнал химической теории и вычислений. 5 (12): 3195–3210. Дои:10.1021 / ct900313w. ISSN  1549-9618. PMID  26602504.
  7. ^ Хэдли, Кевин Р .; МакКейб, Клэр (01.07.2012). «Крупнозернистые молекулярные модели воды: обзор». Молекулярное моделирование. 38 (8–9): 671–681. Дои:10.1080/08927022.2012.671942. ISSN  0892-7022. ЧВК  3420348. PMID  22904601.
  8. ^ Левитт, Майкл; Варшел, Ари (1975-02-27). «Компьютерное моделирование сворачивания белков». Природа. 253 (5494): 694–698. Дои:10.1038 / 253694a0. PMID  1167625.
  9. ^ Warshel, A .; Левитт, М. (1976-05-15). «Теоретические исследования ферментативных реакций: диэлектрическая, электростатическая и стерическая стабилизация иона карбония в реакции лизоцима». Журнал молекулярной биологии. 103 (2): 227–249. Дои:10.1016/0022-2836(76)90311-9. ISSN  0022-2836. PMID  985660.
  10. ^ Левитт, Майкл (2014-09-15). «Рождение и будущее многомасштабного моделирования макромолекулярных систем (Нобелевская лекция)». Angewandte Chemie International Edition. 53 (38): 10006–10018. Дои:10.1002 / anie.201403691. ISSN  1521-3773. PMID  25100216. S2CID  3680673.
  11. ^ Бадачевска-Давид, Александра Е .; Колинский, Анджей; Кмесик, Себастьян (2020). «Вычислительная реконструкция атомистических белковых структур из крупнозернистых моделей». Журнал вычислительной и структурной биотехнологии. 18: 162–176. Дои:10.1016 / j.csbj.2019.12.007. ISSN  2001-0370. ЧВК  6961067. PMID  31969975.