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Multi-resolution Molecular Dynamics Algorithms for Computational Biology

Multi-resolution Molecular Dynamics Algorithms for Computational Biology
计算生物学的多分辨率分子动力学算法
批准号:
EP/V047469/1
负责人:
Radek Erban
金额:
$25.79万
依托单位:
依托单位国家:
英国
项目类别:
Research Grant
财政年份:
2021
资助国家:
英国
项目状态:
未结题
起止时间:
2021 至 --

项目摘要

项目成果

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中文摘要
翻译
生物分子的动力学行为传统上是用分子动力学(MD)计算机模拟来研究的。它们描述了模拟系统中所有原子的时间演化,包括感兴趣的生物分子和周围的水分子。由于系统的每个原子都被明确地模拟,传统的全原子MD模拟只能在相对较短的时间间隔内描述相对较小的系统(包含少量蛋白质或DNA片段)。包括细胞不同部分之间分子运输在内的生物过程是常用的MD技术无法达到的,即使只需要所研究系统的部分原子级信息。在这个建议中,MD和更粗的(不太详细的)建模方法之间的联系进行了研究。将开发和分析多分辨率方法,这些方法可以将MD与更粗的随机模型结合使用。这些多分辨率方法将能够模拟发生在多个空间和时间尺度上的生物过程,包括发生在整个细胞或其重要部分的过程。该提案详细考虑了将原子级信息合并到大型模型中可以实现计算节省的三个领域。它们包括溶剂(水)的粗粒化,小信号分子的研究和大生物分子的多分辨率方法。主要的数学挑战包括理解微观过程收敛于宏观描述的数学极限和多分辨率方法的误差分析。
英文摘要
Dynamical behaviour of biomolecules has been traditionally studied using molecular dynamics (MD) computer simulations. They describe the time evolution of all atoms in the simulated system, including the biomolecule of interest and surrounding water molecules. Since every atom of the system is explicitly simulated, traditional all-atom MD simulations can only describe relatively small systems (containing a few proteins or DNA segments) over relatively short time intervals. Biological processes which include the transport of molecules between different parts of the cell are out of reach of commonly used MD techniques, even if the atomistic-level information is only needed in parts of the studied system. In this proposal, connections between MD and coarser (less detailed) modelling approaches are investigated. Multi-resolution methodologies, which can use MD together with coarser stochastic models will be developed and analyzed. These multi-resolution methods will enable the modelling of biological processes occurring over multiple spatial and temporal scales, including processes which happen across the whole cell or its significant part. The proposal considers in detail three areas where computational savings can be achieved to incorporate atomistic-level information into large scale models. They include coarse-graining of solvent (water), studying small signalling molecules and multi-resolution methods for large biomolecules. The main mathematical challenges include understanding mathematical limits in which micro processes converge to macro descriptions and the error analysis of multi-resolution methodologies.
期刊论文(10)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
Chemical systems with limit cycles
具有极限环的化学系统
DOI: 10.48550/arxiv.2211.05755
发表时间: 2022
期刊:
影响因子: --
作者: [Erban R]
通讯作者: Erban R
DOI: 10.48550/arxiv.2108.13380
发表时间: 2021
期刊:
影响因子: --
作者: [Utterson J]
通讯作者: Utterson J
DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c03887
发表时间: 2023-09-28
期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
影响因子: 3.3
作者: [Erban, Radek, Togashi, Yuichi]
通讯作者: Togashi, Yuichi
On Stretching, Bending, Shearing and Twisting of Actin Filaments I: Variational Models
关于肌动蛋白丝的拉伸、弯曲、剪切和扭曲 I:变分模型
DOI: 10.48550/arxiv.2112.01480
发表时间: 2021
期刊:
影响因子: --
作者: [Floyd C]
通讯作者: Floyd C
共 7 条
    国内基金
    海外基金
    用于小尺寸管道高分辨成像荧光聚合物点的构建、成像机制及应用研究
    • 批准号:
      82372015
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      48.00万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      熊丽琴
    • 依托单位:
    神经系统中大麻素CB1受体与周期性细胞骨架相互作用的机制和功能研究
    • 批准号:
      32100555
    • 项目类别:
      青年科学基金项目(C类)
    • 资助金额:
      30.0万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      李卉
    • 依托单位:
    发展双模态超分辨率全景成像技术,描绘自噬和迁移性胞吐过程中的细胞器互作网络
    • 批准号:
      92054301
    • 项目类别:
      重大研究计划
    • 资助金额:
      900.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      陈良怡
    • 依托单位:
    基于Resolution算法的交互时态逻辑自动验证机
    • 批准号:
      61303018
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      22.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      章岚
    • 依托单位: