生物分子体系的复杂之处在于它在自身空间尺寸和行驶功能的时间尺度上同时跨越多个数量级，无法用单一时空尺度模型来精确描述，为了研究不同尺度的实验对象和现象，必须建立和使用多精度理论模型。随着各种结构生物学实验技术和手段的不断发展与完善，越来越多的复杂生物分子的结构被解析出来，使得对于复杂生物现象的微观机理研究获得了前所未有的原子分辨信息。但是，目前生物分子模拟研究的模型方法大多数还是局限于传统的、基于固定点电荷的全原子模型，在精度上还与量子力学有一定差距；另一方面，在描述超大型生物分子体系的时候计算速度非常缓慢，达不到微秒甚至更长时间尺度模拟的要求。新的高精度分子模型的提出以及计算机硬件的飞速发展为高精度高效率理论研究生物大分子结构与功能性之间的关系提供了强有力的支撑。

　　为了研究和回答超大型蛋白质分子机器工作的微观分子机理，由于计算机速度的限制，以往的粗粒化分子模型都追求计算速度而忽略了计算精度，使得计算结果过于粗糙，物理意义不明确导致无法正确还原成全原子模型，这样的粗粒化模型对于大尺度的自组装有一定的用途，但是在描述分子功能的微观机理方面却无能为力。李国辉研究组自2009年以来，率先在国际上提出了速度与精度均衡发展的新型粗粒化分子模型（GBEMP），针对有机分子溶剂、氨基酸分子、完整蛋白质、细胞膜磷脂等一系列生物分子相关体系，进行了系统理论研究和GBEMP模型搭建及验证工作，在国际理论计算化学核心期刊上发表了一系列研究论文。近日，该研究组关于碱基分子以及完整核酸新型粗粒化模型的建立和验证工作发表在理论计算化学影响因子最高杂志J. Chem. Theory Comp.上，并被选为3月刊的封面。

　　针对一些中等复杂的生物分子及其实验现象，分子之间相互作用描述的精度非常关键，全原子可极化分子力场是最近发展起来，并在国际上引起广泛关注的高精度分子模型，以多极距描述固有静电特性和诱导偶极描述可极化效应的AMOEBA分子力场为代表。但是在传统计算机硬件下基于这个可极化力场的分子动力学模拟计算速度非常缓慢，而且无法针对复杂生物学现象进行增强型采样模拟，造成了这个高精度力场没有得到广泛实际应用。李国辉等近日在最新GPU硬件下实现了这种可极化力场分子动力学模拟程序的高效运行，并且与完整的增强型采样技术相结合，使得这个高精度分子力场的动力学模拟计算速度提高了5至10倍。研究成果以部分封面形式发表在理论计算核心杂志J.Comp.Chem.上。 （文/图 李国辉）