利用Metropolis蒙特卡罗方法从状态平衡分布提取动力学
生物物理
2022-03-23 v1
摘要
Metropolis 蒙特卡罗(MC)方法用于从给定复杂系统状态平衡分布中提取反应动力学。该方法以两种蛋白质的折叠/解折叠反应为例说明:模型 β-发夹和 α-螺旋蛋白 a3D。对于 β-发夹,自由能面(FESs)和自由能分布(FEPs)被用作状态平衡分布,充当平均力势以确定 MC 模拟中新状态的接受概率。基于用分子动力学(MD)方法模拟得到的一组温度下的 FESs 和 PESs,进行 MC 模拟以提取折叠/解折叠速率。已发现 MC 模拟中得到的速率常数和首达时间(FPT)分布随温度的变化与 MD 模拟结果吻合良好。对于 a3D 蛋白,其平衡折叠/解折叠曾用单分子 FRET 方法研究(Chung 等, J. Phys. Chem. A, 115, 2011, 3642),在不同变性剂浓度下的 FRET 效率直方图被用作蛋白质状态的平衡分布。已发现 MC 模拟中得到的折叠与解折叠速率常数随变性剂浓度的变化与基于理论模型从光子轨迹提取的常数合理吻合。模拟的 FPT 分布为单指数形式,这与理论模型中作出的两态动力学假设一致。本方法的突出特点是仅基于状态平衡分布,不引入任何额外参数来进行模拟,这表明其可应用于其他复杂系统。
引用
@article{arxiv.2111.09519,
title = {Extraction of kinetics from equilibrium distributions of states using the Metropolis Monte Carlo method},
author = {Sergei F. Chekmarev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.09519},
year = {2022}
}
备注
7 pages, 11 pictures