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J. Chim. Phys.
Volume 94, 1997
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Page(s) | 1482 - 1502 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jcp/1997941482 | |
Published online | 29 May 2017 |
Assessment of all-atom potentials for modeling membranes: molecular dynamics simulations of solid and liquid alkanes and crystals of phospholipid fragments
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Center for Molecular Modeling, Department of Chemistry, University of Pennsylvania,
Philadelphia, Pennsylvania, 19104-6323, USA.
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NIST Center for Neutron Research,
National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, 20899-0001, USA.
We present and evaluate the performance of an all-atom hydrocarbon potential for use in computer simulations of lipids. The performance is judged by comparing the results of constant pressure and temperature molecular dynamics simulations to experimental data for normal alkanes: solid octane and tricosane, and liquid butane, octane, tetradecane, and eicosane. The model exhibits good overall agreement with experimentally determined crystal structures, densities, energies, and diffusion constants, although some detailed aspects of the liquid structure and conformational equilibria are not quantitatively reproduced. We have also checked the performance of four different all-atom models for the polar moeities of phospholipid molecules by constant pressure molecular dynamics simulations of crystals of phospholipid fragments: glycerylphosphorylcholine (GPC), cyclopentylphosphorylcholine mono hydrate (CPPC), and dilauroylglycerol (DLG). Simulations of GPC and CPPC showed that recent modifications to the phosphate parameters significantly improved the performance of the CHARMM 22 potential. The results obtained using two potentials based on the work of Stouch et al. reproduced all of the crystal structures quite well.
Résumé
On présente et évalue la performance d'une fonction potentiel “tous atomes” pour utiliser dans les simulations informatiques des lipides. La performance était jugée par une comparaison entre les résultats des simulations dynamiques moléculaires à la pression et la température constante et des donées expérimentales pour les alcanes normals: les solides octane et tricosane, et les liquides butane, octane, tetradecane, et eicosane. Le modèle était bien d'accord avec les structures crystallines, les densités, les énergies, et les constants diffusions déterminés par expériment, bien que les structures liquides et les équilibres conformationels n'étaient pas reproduit complètement. Nous avons vérifié aussi la performance de quatre modèles differents pour les groupes polaires des molécules phospholipides par simulations à la pression constante des cristaux des fragments des phospholipides: glycerylphosphorylcholine (GPC), cyclopentylphosphorylcholine monohydrate (CPPC), et dilauroylglycerol (DLG). Les simulations de GPC et CPPC ont montré que des modifications récentes aux parametres du phosphate ont amélioré la performance du potential CHARMM 22. Les résultats obtenus avec deux potentiels basés sur le travail de Stouch et al. ont bien reproduit toutes les structures crystallines.
Key words: molecular dynamics / energy functions / membranes
Mots clés : dynamique moléculaire / fonctions d'énergie potentielle / membranes
© Elsevier, Paris, 1997