Do Molecular Dynamics Force Fields Capture Conformational Dynamics of Alanine in Water?
Do Molecular Dynamics Force Fields Capture Conformational Dynamics of Alanine in Water?
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分子动力学力场能否捕获水中丙氨酸的构象动力学？
DOI：
10.1021/acs.jctc.9b00588
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发表时间：
2019
影响因子：
5.5
通讯作者：
Urbanc, Brigita
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang, Shuting;Schweitzer-Stenner, Reinhard;Urbanc, Brigita
我们研究了6种分子动力学（MD）力场（Amber ff14 SB、Amber ff 99 SBnmr 1、Amber ff 03 ws、OPLS-AA/L、OPLS-AA/M和CHARMM 36）以与5个（GAG）或6个（AAA）J偶合常数和酰胺I′谱一致的方式再现GAG和AAA中中心丙氨酸构象系综的能力。研究中的所有六个力场的MD导出的Ramachandran图与通过高斯拟合实验数据获得的Ramachandran图在三个主要方面不同：（i）Ramachandran图中的聚脯氨酸II（pPII）盆地过于集中，（ii）反平行β（aβ）盆地人口过多，（iii）过渡β（βt）盆地人口不足。Amber ff14 SB优于其他五种MD力场，并且在GAG（55%）和AAA（63%）中产生中心丙氨酸残基的最高pPII群体，与高斯模型的预测（59和76%）良好一致。的水化层周围的中心丙氨酸残基的分析揭示了相当大的水分子的重新取向和减少的水分子的平均数和水-水氢键的平均数时，甘氨酸（在GAG中）被丙氨酸（在AAA中）取代，阐明水介导的最近邻效应丙氨酸的构象动力学。
We examine the ability of six molecular dynamics (MD) force fields (Amber ff14SB, Amber ff99SBnmr1, Amber ff03ws, OPLS-AA/L, OPLS-AA/M, and CHARMM36) to reproduce conformational ensembles of the central alanine in GAG and AAA in a way that is consistent with five (GAG) or six (AAA)Jcoupling constants and amide I′ profiles. MD-derived Ramachandran plots for all six force fields under study differ from those obtained by the Gaussian fit to experimental data in three major ways: (i) the polyproline II (pPII) basin in the Ramachandran plot is too concentrated, (ii) the antiparallel β (aβ) basin is overpopulated, and (iii) the transitional β (βt) basin is underpopulated. Amber ff14SB outperforms the other five MD force fields and yields the highest pPII populations of the central alanine residue in GAG (55%) and AAA (63%), in good agreement with the predictions of the Gaussian model (59 and 76%). The analysis of the hydration layer around the central alanine residue reveals considerable reorientation of water molecules and reduction in both the average number of water molecules and the average number of water–water hydrogen bonds when glycines (in GAG) are replaced by alanines (in AAA), elucidating water-mediated nearest neighbor effects on alanine’s conformational dynamics.
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