Bepul energiya buzilishi - Free energy perturbation

Bepul energiya buzilishi (FEP) ga asoslangan usul statistik mexanika ichida ishlatiladigan hisoblash kimyosi hisoblash uchun erkin energiya dan farqlar molekulyar dinamikasi yoki Monte-Karlo metropoli simulyatsiyalar.

FEP usuli 1954 yilda Robert V. Zvanzig tomonidan kiritilgan.^[1] Erkin energetikani buzish uslubiga ko'ra, holatdan o'tish uchun erkin energiya farqi A bayon qilish B deb nomlanuvchi quyidagi tenglamadan olinadi Zvanzig tenglamasi:

{displaystyle Delta F (mathbf {A} ightarrow mathbf {B}) = F_ {mathbf {B}} -F_ {mathbf {A}} = - k_ {mathrm {B}} Tln leftlangle exp left (- {frac {E_) {mathbf {B}} -E_ {mathbf {A}}} {k_ {mathrm {B}} T}} ight) to'rtburchak _ {mathbf {A}}}

qayerda T bo'ladi harorat, k_B bu Boltsmanning doimiysi, va uchburchak qavslar holat uchun simulyatsiya bo'yicha o'rtacha qiymatni bildiradi A. Amalda, davlat uchun odatiy simulyatsiya amalga oshiriladi A, lekin har safar yangi konfiguratsiya qabul qilinganda, holat uchun energiya B shuningdek, hisoblab chiqilgan. Shtatlar o'rtasidagi farq A va B bog'liq atom turlarida bo'lishi mumkin, bu holda ΔFOlingan narsa bir molekulani boshqasiga "mutatsiya qilish" uchundir, yoki geometriyaning farqi bo'lishi mumkin, bu holda bitta yoki bir nechta bo'ylab erkin energiya xaritasi olinadi. reaktsiya koordinatalari. Ushbu bepul energiya xaritasi a nomi bilan ham tanilgan o'rtacha kuch salohiyati yoki PMF.

Bepul energiya buzilishi hisob-kitoblari faqat ikki holat o'rtasidagi farq etarlicha kichik bo'lganda to'g'ri yig'iladi; Shuning uchun, odatda, aperturbatsiyani mustaqil ravishda hisoblanadigan kichikroq "derazalar" qatoriga bo'lish kerak. Onew Window va keyingisi uchun simulyatsiya o'rtasida doimiy aloqaga ehtiyoj qolmagani uchun, har bir oynani ishga tushirish orqali jarayonni ahamiyatsiz parallel qilish mumkin "deb nomlanuvchi boshqa protsessorxijolat bilan parallel " sozlash.

Ilova

FEP hisob-kitoblari mezbon-mehmonlarni bog'laydigan energetikani o'rganish uchun ishlatilgan,pKa bashoratlar, hal qiluvchi ta'siri reaktsiyalar va fermentativ reaktsiyalar to'g'risida. Boshqa dasturlar virtual skrining ligandlar kashfiyot, shuningdek uchun Silikonda mutagenez tadqiqotlar. Reaktsiyalarni o'rganish uchun ko'pincha a ni jalb qilish kerak kvant-mexanik (QM) reaktsiya markazining vakili, chunki molekulyar mexanika (MM) majburiy maydonlar FEP simulyatsiyalari uchun ishlatilgan obrazlarni buzib bo'lmaydi. Ham QM, ham MM hisoblashning afzalliklariga ega bo'lgan gibrid usul deyiladi QM / MM.

Soyabondan namuna olish erkin energiyani hisoblashning yana bir texnikasi bo'lib, u odatda "kimyoviy" koordinatalardan farqli o'laroq "pozitsiya" koordinatalarining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lgan erkin energiya o'zgarishini hisoblash uchun ishlatiladi, ammo soyabon namuna olish "kimyoviy" koordinatalarda kimyoviy o'zgarish uchun ham ishlatilishi mumkin. "koordinata dinamik o'zgaruvchi sifatida qaraladi (Kong va Bruksning Lambda dinamikasiga yaqinlashish holatida bo'lgani kabi). Kimyoviy kosmosdagi o'rtacha kuch potentsialini hisoblash uchun erkin energiya buzilishiga alternativa termodinamik integratsiya. Ehtimol, samaraliroq bo'lgan yana bir alternativa - bu Bennettni qabul qilish darajasi usul. FEP-ga moslashishlar mavjud bo'lib, ular kimyoviy tuzilmaning kichik qismlariga erkin energiyani o'zgartirishga harakat qiladi.^[2]

Dasturiy ta'minot

FEP hisob-kitoblarini bajarishda yordam beradigan bir nechta dasturiy ta'minot to'plamlari ishlab chiqilgan. Quyida eng keng tarqalgan dasturlarning qisqacha ro'yxati keltirilgan:

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

^ Zvanzig, R. W. J. Chem. Fizika. 1954, 22, 1420-1426. doi:10.1063/1.1740409
^ Irvin, B. V. J., J. Chem. Nazariy hisoblash. 2018, 14, 6, 3218-3227. doi:10.1021 / acs.jctc.8b00027
^ "FEP + | Shredinger". www.schrodinger.com.
^ "Amber molekulyar dinamikasi to'plami". ambermd.org.
^ http://laetro.usc.edu/software.html

[1] Zvanzig, R. W. J. Chem. Fizika. 1954, 22, 1420-1426. doi:10.1063/1.1740409

[2] Irvin, B. V. J., J. Chem. Nazariy hisoblash. 2018, 14, 6, 3218-3227. doi:10.1021 / acs.jctc.8b00027

[3] "FEP + | Shredinger". www.schrodinger.com.

[4] "Amber molekulyar dinamikasi to'plami". ambermd.org.

[5] ttp://laetro.usc.edu/software.html

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]