用于加速复杂生化液体分子动力学模拟的增强溶剂化力外推方法

我们提出一种增强方法，用于外推复杂生化液体中溶质大分子原子因与溶剂原子相互作用而受到的平均势能力。该方法通过额外引入新技术改进并扩展了先前的外推方案，例如带权重的坐标空间指数缩放变换，以及在对力偏差的最小二乘最小化与外推系数范数之间进行动态调整平衡。昂贵的平均势能力由3D-RISM-KH分子溶剂化理论（采用Kovalenko-Hirata闭包的三维参考相互作用点模型）处理。在动力学过程中，它们仅在每个足够长（外层）的时间间隔后计算，即相当稀疏以降低计算成本。在更短（内层）的时间步上，这些力基于其外层值进行外推。随后运动方程通过优化等动能Nosé-Hoover链恒温器内的多重时间步积分求解。新方法应用于由不同复杂度的溶剂化有机分子与生物分子组成的多种体系的分子动力学模拟。具体而言，我们考虑水合丙氨酸二肽、甲苯溶剂中的沥青质、水溶液中的微型蛋白1L2Y与蛋白G。结果表明，在所有这些情况下，增强外推比现有方法提供了高得多的溶剂化力近似精度。因此，它可使用大得多的外层时间步，从而显著加速模拟。