摘要
自由能梯度是物理和生物化学系统的驱动力。为了高精度地预测自由能差异,分子动力学(MD)和其他基于原子哈密顿量的方法在中间热力学状态下进行采样模拟,以桥接两个感兴趣状态之间的组态空间密度(“电化学转换”)。对于不相关采样,最近的变分衍生中间物(VI)方法获得了最佳精度。VI中间物的形式与传统中间物有着根本的不同,因为它们是无空气的,即处于中间状态的粒子所受的总作用力不能分解为周围粒子的附加贡献。在这项工作中,我们描述了VI在广泛使用的GROMACS MD软件包(2020年,版本1)中的实现。此外,还开发了VI的变体,以避免消失粒子的数值不稳定性。该实施允许使用文献中以前的非航空电势形式,而这些形式目前在GROMACS中尚不可用。提供了溶剂化自由能的计算实例及其精度评估。
程序文件的CPC库链接:https://doi.org/10.17632/7yvc8mmnyv.1开发人员的存储库链接:https://www.mpibpc.mpg.de/gromacs-vi-extension网站和https://www.gitlab.gwdg.de/martin.reinhardt/gromacs-vi-extension网站许可条款:LGPL编程语言:C++14,CUDA问题的性质:热力学系统的两种状态之间的自由能差是使用基于原子哈密顿量的模拟产生的样本来计算的。由于生物物理等许多应用的高维性,只能对配置空间的一小部分进行采样。采样方案的选择严重影响最终自由能估算的准确性。因此,面临的挑战是找到能为给定计算量提供最佳精度的最佳采样方案。解决方法:采样通常在中间状态下进行,其哈密顿量是基于两个感兴趣状态的哈密顿数定义的。这里,采样是在变量衍生的中间状态中进行的,在不相关采样点的假设下,该中间状态产生最佳精度。这些中间物与常见的中间物有着根本的不同,因为它们是无空气的,也就是说,作用在粒子上的力在最终状态下只是加性的,而中间状态下的总力不能分解为周围粒子的加性贡献。工具书类[1] M.Reinhardt,H.Grubmüller,《通过变分衍生中间体确定自由能差》,《化学理论与计算杂志》16(6)3504-3512(2020)。