L9 · 28 دقيقة
الحدود الدورية والمذيب
TIP3P وPME ولماذا الصندوق أهم مما يبدو.
أهداف التعلّم
- شرح PBC والصورة الدنيا كمسرح لا كحقيقة بيولوجية.
- وضع PME كحل عملي لكولوم الدوري دون اشتقاق مزيف.
- تمييز نماذج الماء TIP3P وTIP4P وSPC وSPC/E.
لماذا صندوق دوري؟
محاكاة بروتين في قطرة ماء في الفراغ تُنشئ سطحاً: جهد سطحي، تبخّر وهمي، وقوى على البروتين نحو المركز أو بعيداً عنه. الحدود الدورية (PBC) تكرر الصندوق في كل الاتجاهات فيُصبح كل جزيء ماء محاطاً بماء لا بفراغ. الثمن: البروتين قد يتفاعل مع صورته عبر الماء إن كان الصندوق ضيقاً، والكهرباء صارت مجموع شبكة لا نهائية من الشحنات. PME (Particle Mesh Ewald) يفصل كولوم إلى جزء قصير المدى في الفضاء الحقيقي وجزء طويل المدى على شبكة Fourier، فيجعل المجموع الدوري قابلاً للحساب. هذا هندسة حساب، لا إثبات أن الخلية بلورة بروتين.
نماذج الماء — توافق لا «دقة مطلقة»
- TIP3P: ثلاثة مواقع، شائع مع AMBER وCHARMM. انتشار ذاتي أعلى من التجربة عادة. رخيص.
- TIP4P: أربعة مواقع (شحنة سالبة على موقع M وهمي). خصائص سائل أفضل في بعض المقاييس، أغلى قليلاً.
- SPC: ثلاثة مواقع، تاريخياً مع GROMOS. هندسة وcharges مختلفة عن TIP3P.
- SPC/E: SPC مع تصحيح استقطاب فعّال. انتشار أقرب للتجربة من SPC في سياقات شائعة.
| قطع كولوم فقط | PME | |
|---|---|---|
| الذيل الطويل | يُحذف. خطأ كبير للشحنات الصافية والأسطح القطبية. | يُعالَج في فضاء الموجة. |
| التكلفة | أرخص في أنظمة صغيرة جداً، غير مقبول كفيزياء قياسية اليوم لبروتين في ماء. | تكلفة شبكة؛ المعيار في الممارسة. |
| ماذا تتذكر | القطع ليس «نيوترال». | PME يفترض دورية. صندوق ضيق يجعل الدورية جزءاً من الفيزياء. |
لماذا؟ — لماذا يُفضَّل dodecahedron أحياناً على المكعب؟
لأن البروتين شبه كروي يُحاط بماء أقل لنفس الهامش الأدنى إلى الصورة، فيقل عدد ذرات الماء — وهو أغلب تكلفة mdrun. الشكل قرار كفاءة تحت قيد فيزيائي (الهامش)، لا تجميلاً.
ماذا لو؟ — ماذا لو كان الصندوق بالكاد أكبر من البروتين، ورأيت في المسار «ارتباطاً» بين عروتين متقابلتين؟
قد تكون العروتان تتفاعلان عبر PBC مع الصورة الدورية. افحص المسافة إلى الصورة لا المسافة داخل السلسلة فقط. هذا اصطناع حدود، لا آلية allostery. أعد بصندوق أكبر قبل النشر.
تمرين
بروتين أبعاده التقريبية 6×4×4 nm. اقترح صندوقاً مكعباً بهامش 1.2 nm، واشرح ثمن اختيار 0.4 nm «لتسريع GPU».
مواضيع مرتبطة