改进了分子动力学模拟中力场中1-4种相互作用的处理方法

《Journal of Chemical Theory and Computation》：Improved Treatment of 1–4 Interactions in Force Fields for Molecular Dynamics Simulations

传统力场通过键合扭转和非键合相互作用建模1-4原子间作用，但存在参数复杂且不准确问题。本文提出仅用键合耦合项即可精确描述1-4相互作用，结合Q-Force工具实现自动化参数化，在小分子体系验证平均绝对误差低于1 kcal/mol，并成功扩展至Amber ff14sb、CHARMM36和OPLS-AA等主流力场，实现丙氨酸二肽气相及隐式溶剂表面模拟。

　　

传统的力场通常结合了键合扭转项和经验性缩放的非键合相互作用，来描述分子中由三个键连接的原子之间的1-4种能量和力。虽然这种方法可以准确计算扭转能垒，但往往会导致力的计算不准确以及几何结构错误，并且使得二面角项与非键合相互作用之间存在相互依赖性，从而增加了参数化的复杂性并降低了模型的通用性。在本文中，我们证明了仅使用键合耦合项就可以准确模拟这些相互作用，完全无需依赖任意缩放的非键合相互作用。此外，通过利用Q-Force工具包的自动化参数化功能，我们能够高效地确定所需的耦合项，而无需进行手动调整。我们的方法首先在一系列小分子系统上进行了验证，包括柔性和刚性结构，结果显示力场的准确性显著提高，每个测试分子的均方绝对误差均低于千卡/摩尔。进一步地，我们将仅基于键合的模型扩展到了Amber ff14sb、CHARMM36和OPLS-AA力场，成功地再现了丙氨酸二肽的从头算气体模型以及隐式溶剂模型下的?、ψ表面。