隨著生物大分子實驗技術的飛速發(fā)展，越來越巨大和復雜的分子體系被發(fā)現(xiàn)和鑒定出來，凸顯了生物分子體系本身特有的多尺度特性，而分子動力學模擬作為生物分子功能解析的強有力工具和研究手段，已經(jīng)必不可少。但是由于這些體系包含的原子數(shù)目巨大，從幾千到上百萬，行使功能所涉及到的時間尺度從皮秒到毫秒，解析他們行使功能的分子機制和微觀機理非常困難。

　　 現(xiàn)有的全原子分子模擬研究手段和方法還無法對這樣的體系進行高精度和長時間動力學模擬。自2009年以來，中國科學院大連化學物理研究所分子模擬與設計研究組著眼于上述問題，針對生物體系自身獨有的多尺度特性，開展了多精度分子模型的建立和動力學模擬方法發(fā)展。

　　通過巧妙結合全原子可極化分子力場的高精度與粗粒化和剛體動力學模擬的計算速度快兩大優(yōu)勢，該研究組創(chuàng)新性地提出和發(fā)展了可描述非球形粒子之間廣義范德華相互作用的Gay-Berne勢、可高精度描述粒子之間靜電相互作用的多極距展開勢EMP、新型高精度粗粒化分子模型GBEMP；針對組成蛋白質的20種標準氨基酸、DNA、RNA和細胞膜磷脂等一系列生物分子體系都進行了詳細的理論模型構建以及參數(shù)化；利用這一高精度粗粒化分子模型的生物分子動力學模擬在精度上與全原子模型高度一致，同時，計算速度卻快10-100倍，實現(xiàn)了精度與速度的優(yōu)化匹配。相應的系列文章分別發(fā)表于J.Chem.Phys. 2011，J. Mol. Model. 2012，J. Chem. Theory Comp. 2014，J. Comp. Chem. 2015，J. Chem. Theory Comp.2016。

　　針對高精度理論模型計算速度耗時這一生物分子模擬關鍵理論問題，該研究組提出和發(fā)展了增強型采樣算法與計算機圖形芯片GPU相結合的軟硬件加速計算方案，在國際上率先實現(xiàn)了高精度、高效率生物分子模擬計算程序，比之前的計算速度提高了5至10倍。作為中國大陸地區(qū)唯一的受邀者于2015年7月在美國Snowmass召開的生物分子模擬與自由能計算國際會議上作邀請報告，文章近期以封面形式發(fā)表在J. Comp. Chem 2016。

大連化物所生物分子模擬理論方法研究取得系列進展