基于转移路径的自由能计算及其应用
批准号:
11971312
项目类别:
面上项目
资助金额:
52.0 万元
负责人:
胡丹
依托单位:
学科分类:
微分方程数值解
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡丹
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中文摘要
在热涨落驱动下,生物膜和蛋白等生物大分子跨越势垒而形成的微观构象变化涉及大量微观生物进程。由于势垒的阻碍,这类变化需要微观意义下极长的等待时间,是典型的稀有事件,为直接模拟带来困难。结合分子模拟的自由能计算是研究这类问题的主要方法。然而,寻找将这类复杂的高维动力学进行有效降维的反应坐标具有的本质困难,从而严重地约束了自由能计算的应用。本项目中,申请人将在已有工作的基础上,发展并完善一套新的自由能计算框架,其基本步骤包括(1)寻找自由能鞍点;(2)获取转移路径;(3)沿转移路径进行伞抽样和自由能分析。该方法本质上是一维采样。项目发展的自由能鞍点算法可用于快速发现反应坐标的缺陷和寻找新反应坐标。因此,新方法将大大节省自由能计算的计算复杂度,加快研究进程。这一计算框架将用于小分子跨膜渗透和膜-肽相互作用这一复杂而重要的问题中,通过自由能计算为药物设计进行初筛,为理解相关生物进程提供支持。
英文摘要
Microscopic conformational changes of bio-membranes and biomolecules such as proteins plays the key role in a large number of microscopic biological processes. During such conformational changes, the system usually need to cross free energy barrier under thermal fluctuations. As a result, such changes require extremely long waiting times in the microscopic sense, which are typical rare events that present difficulties for direct simulation. Free energy calculations combined with molecular modeling are the main methods for studying such problems. However, it is inherently difficult to find the reaction coordinates that effectively describes such complex high-dimensional dynamics. This lead to severely constraint in the application of free energy calculation. In this project, the applicant will develop and improve a new framework for free energy calculations based on the existing work. The new framework involves the following steps: (1) Find the saddle point of the free energy function; (2) Obtain the transition path; (3) Perform umbrella sampling and free energy analysis along the transition path. This method is essentially one-dimensional sampling. Furthermore, the saddle point algorithm that will be developed in this project can be used to quickly detect drawbacks of reaction coordinates and find new reaction coordinates. Therefore, the new method will greatly reduce the computational complexity of free energy calculations and speed up the applications. This computational framework will be applied in the study of complex and important problems such as the transmembrane permeation of small molecules and membrane-peptide interactions. Our work will shed light in drug designing and the understanding of membrane-related biological processes.
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Stomatal aperture dynamics coupling mechanically passive and ionically active mechanisms.
气孔孔径动力学耦合机械被动和离子主动机制。
DOI:10.1111/pce.14726
发表时间:2023
期刊:Plant, cell & environment
影响因子:--
作者:Xue Cong;Sien Li;Dan Hu
通讯作者:Dan Hu
A fast numerical method for oxygen supply in tissue with complex blood vessel network.
复杂血管网络组织供氧的快速数值方法
DOI:10.1371/journal.pone.0247641
发表时间:2021
期刊:PloS one
影响因子:3.7
作者:Lu Y;Hu D;Ying W
通讯作者:Ying W
DOI:10.1021/acs.jctc.9b00671
发表时间:2019-11
期刊:Journal of chemical theory and computation
影响因子:5.5
作者:Xiaoqing Guan;D. Wei;Dan Hu
通讯作者:Xiaoqing Guan;D. Wei;Dan Hu
DOI:10.4208/eajam.020322.050422
发表时间:2022
期刊:East Asian Journal on Applied Mathematics
影响因子:1.2
作者:Jiacheng Xu;Dan Hu
通讯作者:Dan Hu
DOI:10.1016/j.jcp.2022.111630
发表时间:2022
期刊:Journal of Computational Physics
影响因子:--
作者:Jiacheng Xu;Dan Hu;Han Zhou
通讯作者:Han Zhou
新型靶向EGFR/EGFRvIII的单链长效NK细胞衔接器用于抗头颈部鳞状细胞癌免疫疗法的功能机理研究
- 批准号:82003247
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:胡丹
- 依托单位:
血流与脉搏波的多模型耦合建模与计算
- 批准号:91630208
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:150.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:胡丹
- 依托单位:
多步伞抽样算法及其在膜-肽相互作用中的应用
- 批准号:11471213
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:胡丹
- 依托单位:
生物膜拓扑形变的建模与模拟
- 批准号:11004131
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:19.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:胡丹
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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