Generalized Energy-Based Fragmentation Approach and Its Applications to Macromolecules and Molecular Aggregates
Notice bibliographique
Résumé
Conspectus The generalized energy-based fragmentation (GEBF) approach provides a very simple way of approximately evaluating the ground-state energy or properties of a large system in terms of ground-state energies of various small "electrostatically embedded" subsystems, which can be calculated with any traditional ab initio quantum chemistry (X) method (X = Hartree-Fock, density functional theory, and so on). Due to its excellent parallel efficiency, the GEBF approach at the X theory level (GEBF-X) allows full quantum mechanical (QM) calculations to be accessible for systems with hundreds and even thousands of atoms on ordinary workstations. The implementation of the GEBF approach at various theoretical levels can be easily done with existing quantum chemistry programs. This Account reviews the methodology, implementation, and applications of the GEBF-X approach. This method has been successfully applied to optimize the structures of various large systems including molecular clusters, polypeptides, proteins, and foldamers. Such investigations could allow us to elucidate the origin and nature of the cooperative interaction in secondary structures of long peptides or the driving force of the self-assembly processes of aromatic oligoamides. These GEBF-based QM calculations reveal that the structures and stability of various complex systems result from a subtle balance of many types of noncovalent interactions such as hydrogen bonding and van der Waals interactions. The GEBF-based ab initio molecular dynamics (AIMD) method also allows the investigation of dynamic behaviors of large systems on the order of tens of picoseconds. It was demonstrated that the conformational dynamics of two model peptides predicted by GEBF-based AIMD are noticeably different from those predicted by the classical force field MD method. With the target of extending QM calculations to molecular aggregates in the condensed phase, we have implemented the GEBF-based multilayer hybrid models, which could provide satisfactory descriptions of the binding energies between a solute molecule and its surrounding waters and the chain-length dependence of the conformational changes of oligomers in aqueous solutions. A coarse-grained polarizable molecular mechanics model, furnished with GEBF-X dipole moments of subsystems, exhibits some advantages of treating the electrostatic polarization with reduced computational costs. We anticipate that the GEBF approach will continue to develop with the ultimate goal of studying complicated phenomena at mesoscopic scales and serve as a practical tool to elucidate the structure and dynamics of chemical and biological systems.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».