GROMACS中基于FMM电离力学的恒定pH模拟。（A）设计与应用
分布式、并行与集群计算
2025-03-06 v1 化学物理
计算物理
生物大分子
摘要
生物大分子(如蛋白质、DNA/RNA或其复合物)的结构动力学受其通常大量可变性基团的质子化状态的强烈影响，这解释了其对pH变化的敏感性。相反，生物分子的构象变化和环境变化也会影响这些基团的质子化状态。尽管有例外，常规基于力场的分子动力学(MD)模拟不考虑这些效应，也不允许与pH缓冲箱耦合。本文介绍了一种基于GPU加速的快速多极方法(FMM)电离力学的严格Hamiltonian插值-动力学恒定pH方法GROMACS实现。我们的实现支持CHARMM36m和Amber99sb*-ILDN两种力场，并高度自动化，使从常规MD切换到恒定pH MD几乎无需修改输入文件。本文的前篇论文描述了底层恒定pH协议及其在几类典型基准系统(如cardiotoxin V、半胱氨酸酶)上的应用。通过一种新的动态屏障高度优化方法实现了更快的收敛，证明了高p精度。我们利用功能模式分析和相互信息探索了可变性基团之间复杂的质子化耦合，以及质子化状态与构象动力学之间的耦合。我们识别出显著的构象依赖性p变化以及意想不到的残基间耦合。构象-质子化耦合被认定为导致恒定pH模拟中多基团可变性质子化收敛缓慢的主要原因，建议采用增强抽样方法以加快收敛速度。
引用
@article{arxiv.2410.01626,
title = {Constant pH Simulation with FMM Electrostatics in GROMACS. (A) Design and Applications},
author = {Eliane Briand and Bartosz Kohnke and Carsten Kutzner and Helmut Grubmüller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.01626},
year = {2025}
}