Molecular dynamics/order parameter extrapolation for bionanosystem simulations.
Molecular dynamics/order parameter extrapolation for bionanosystem simulations.
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DOI：
10.1002/jcc.21071
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发表时间：
2009-02
影响因子：
3
通讯作者：
Ortoleva, Peter J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Miao, Yinglong;Ortoleva, Peter J.
提出了一种多尺度方法——分子动力学/序参量外推法（MD/OPX），用于大型生物纳米系统的全原子模拟。该方法首先引入一组由正交多项式自动生成的序参数（OPs）来表征生物纳米系统的纳米尺度特征。通过牛顿方程证明了OPs的缓慢演化，并且早期开发的全原子多尺度分析（AMA）证明了它们的随机动力学的存在，这可以作为我们的MD/OPX方法的理由。在MD/OPX中，一个短时间的MD运行估计OPs的变化率，然后用来推断系统随时间的状态，这比快速原子振动和碰撞的10−14秒时间尺度长得多。该方法已在NAMD中实现，并在豇豆绿斑病毒（CCMV）衣壳结构转变（STs）上得到验证。它极大地加速了MD代码及其底层的纳米系统的全原子描述，使其能够使用通用的原子间力场，避免了对粗粒度模型所需的每个新应用重新校准。
A multiscale approach, Molecular Dynamics/Order Parameter eXtrapolation (MD/OPX), to the all-atom simulation of large bionanosystems is presented. The approach starts with the introduction of a set of order parameters (OPs) automatically generated with orthogonal polynomials to characterize the nanoscale features of bionanosystems. The OPs are shown to evolve slowly via Newton’s equations and the all-atom multiscale analysis (AMA) developed earlier demonstrates the existence of their stochastic dynamics, which serve as the justification for our MD/OPX approach. In MD/OPX, a short MD run estimates the rate of change of the OPs, which is then used to extrapolate the state of the system over time that is much longer than the 10−14 second timescale of fast atomic vibrations and collisions. The approach is implemented in NAMD and demonstrated on cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) capsid structural transitions (STs). It greatly accelerates the MD code and its underlying all-atom description of the nanosystems enables the use of a universal inter-atomic force field, avoiding recalibration with each new application as needed for coarse-grained models.
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