Multiple time step molecular dynamics in the optimized isokinetic ensemble steered with the molecular theory of solvation: Accelerating with advanced extrapolation of effective solvation forces
Notice bibliographique
Résumé
We develop efficient handling of solvation forces in the multiscale method of multiple time step molecular dynamics (MTS-MD) of a biomolecule steered by the solvation free energy (effective solvation forces) obtained from the 3D-RISM-KH molecular theory of solvation (three-dimensional reference interaction site model complemented with the Kovalenko-Hirata closure approximation). To reduce the computational expenses, we calculate the effective solvation forces acting on the biomolecule by using advanced solvation force extrapolation (ASFE) at inner time steps while converging the 3D-RISM-KH integral equations only at large outer time steps. The idea of ASFE consists in developing a discrete non-Eckart rotational transformation of atomic coordinates that minimizes the distances between the atomic positions of the biomolecule at different time moments. The effective solvation forces for the biomolecule in a current conformation at an inner time step are then extrapolated in the transformed subspace of those at outer time steps by using a modified least square fit approach applied to a relatively small number of the best force-coordinate pairs. The latter are selected from an extended set collecting the effective solvation forces obtained from 3D-RISM-KH at outer time steps over a broad time interval. The MTS-MD integration with effective solvation forces obtained by converging 3D-RISM-KH at outer time steps and applying ASFE at inner time steps is stabilized by employing the optimized isokinetic Nosé-Hoover chain (OIN) ensemble. Compared to the previous extrapolation schemes used in combination with the Langevin thermostat, the ASFE approach substantially improves the accuracy of evaluation of effective solvation forces and in combination with the OIN thermostat enables a dramatic increase of outer time steps. We demonstrate on a fully flexible model of alanine dipeptide in aqueous solution that the MTS-MD/OIN/ASFE/3D-RISM-KH multiscale method of molecular dynamics steered by effective solvation forces allows huge outer time steps up to tens of picoseconds without affecting the equilibrium and conformational properties, and thus provides a 100- to 500-fold effective speedup in comparison to conventional MD with explicit solvent. With the statistical-mechanical 3D-RISM-KH account for effective solvation forces, the method provides efficient sampling of biomolecular processes with slow and/or rare solvation events such as conformational transitions of hydrated alanine dipeptide with the mean life times ranging from 30 ps up to 10 ns for "flip-flop" conformations, and is particularly beneficial for biomolecular systems with exchange and localization of solvent and ions, ligand binding, and molecular recognition.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».