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Driving Structural Transitions in Molecular Simulations Using the Nonequilibrium Candidate Monte Carlo
The Journal of Physical Chemistry B ( IF 2.8 ) Pub Date : 2017-12-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b11426 Anıl Kurut 1 , Rasmus Fonseca 2 , Wouter Boomsma 1
The Journal of Physical Chemistry B ( IF 2.8 ) Pub Date : 2017-12-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b11426 Anıl Kurut 1 , Rasmus Fonseca 2 , Wouter Boomsma 1
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Hybrid simulation procedures which combine molecular dynamics with Monte Carlo are attracting increasing attention as tools for improving the sampling efficiency in molecular simulations. In particular, encouraging results have been reported for nonequilibrium candidate protocols, in which a Monte Carlo move is applied gradually, and interleaved with a process that equilibrates the remaining degrees of freedom. Although initial studies have uncovered a substantial potential of the method, its practical applicability for sampling structural transitions in macromolecules remains incompletely understood. Here, we address this issue by systematically investigating the efficiency of the nonequilibrium candidate Monte Carlo on the sampling of rotameric distributions of two peptide systems at atomistic resolution both in vacuum and explicit solvent. The studied systems allow us to directly probe the efficiency with which a single or a few slow degrees of freedom can be driven between well-separated free-energy minima and to explore the sensitivity of the method toward the involved free parameters. In line with results on other systems, our study suggests that order-of-magnitude gains can be obtained in certain scenarios but also identifies challenges that arise when applying the procedure in explicit solvent.
中文翻译：
使用非平衡候选蒙特卡洛驱动分子模拟中的结构转变
将分子动力学与蒙特卡洛相结合的混合模拟程序作为提高分子模拟中采样效率的工具越来越受到关注。特别是，对于非平衡候选协议，已经报告了令人鼓舞的结果，在该协议中，逐步应用了蒙特卡洛动作，并且与平衡剩余自由度的过程交织在一起。尽管初步研究发现了该方法的巨大潜力，但仍未完全了解其用于采样大分子结构转变的实际适用性。在这里，我们通过系统地研究非平衡候选物质蒙特卡洛在真空和显性溶剂中两种肽体系在原子分辨率下的旋转异构体分布的采样效率来解决这个问题。所研究的系统使我们能够直接探测效率，在分离良好的自由能最小值之间驱动单个或几个缓慢的自由度，并探索该方法对所涉及的自由参数的敏感性。与其他系统上的结果一致，我们的研究表明，在某些情况下可以获得数量级的增益，但也可以确定在显式溶剂中应用该程序时出现的挑战。
更新日期：2017-12-20
中文翻译：
使用非平衡候选蒙特卡洛驱动分子模拟中的结构转变
将分子动力学与蒙特卡洛相结合的混合模拟程序作为提高分子模拟中采样效率的工具越来越受到关注。特别是，对于非平衡候选协议，已经报告了令人鼓舞的结果，在该协议中，逐步应用了蒙特卡洛动作，并且与平衡剩余自由度的过程交织在一起。尽管初步研究发现了该方法的巨大潜力，但仍未完全了解其用于采样大分子结构转变的实际适用性。在这里，我们通过系统地研究非平衡候选物质蒙特卡洛在真空和显性溶剂中两种肽体系在原子分辨率下的旋转异构体分布的采样效率来解决这个问题。所研究的系统使我们能够直接探测效率，在分离良好的自由能最小值之间驱动单个或几个缓慢的自由度，并探索该方法对所涉及的自由参数的敏感性。与其他系统上的结果一致，我们的研究表明，在某些情况下可以获得数量级的增益，但也可以确定在显式溶剂中应用该程序时出现的挑战。
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