侧链堆积与自由能的快速计算及其在蛋白质分子动力学中的应用
生物大分子
2017-09-15 v5 计算物理
摘要
为了解决分子模拟易于达到的时间尺度与理解蛋白质动力学所需时间尺度之间的巨大差距，我们提出了一种在每个积分步上对侧链自由能进行快速自洽近似的方法。类似于电子结构的绝热 Born-Oppenheimer 近似，蛋白质主链动力学被模拟为按照瞬时平衡侧链势能的自由能指令进行演化。侧链自由能在计算过程中实时计算，使蛋白质主链动力学能够穿越一个极大平滑化的能量景观。这导致了极其快速的平衡和 Boltzmann 分布的采样。由于我们的方法采用了涉及单珠侧链的简化模型，我们还提供了一种新颖的、极大似然方法，利用来自高分辨率蛋白质晶体结构的输入数据来参数化侧链模型。我们展示了在预测 旋转异构体状态时具有 SOTA 的准确率，同时仅消耗毫秒级的 CPU 时间。我们还表明，所得的侧链自由能足够准确，可用于某些蛋白质的从头折叠。
引用
@article{arxiv.1610.07277,
title = {Rapid calculation of side chain packing and free energy with applications to protein molecular dynamics},
author = {John M. Jumper and Karl F. Freed and Tobin R. Sosnick},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.07277},
year = {2017}
}