Fast Polarizable Water Model for Atomistic Simulations

水模型 极化率 分子动力学 统计物理学 力场(虚构) 化学 微秒 化学物理 物理 计算化学 量子力学 分子
作者
Yeyue Xiong,Saeed Izadi,Alexey V. Onufriev
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:18 (10): 6324-6333 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.2c00378
摘要

Simulating water accurately has been a major challenge in atomistic simulations for decades. Inclusion of electronic polarizability effects holds considerable promise, yet existing approaches suffer from significant computational overheads compared to the widely used nonpolarizable water models. We have developed a globally optimal polarizable water model, OPC3-pol, that explicitly accounts for electronic polarizability with minimal impact on the computational efficiency. OPC3-pol reproduces five key bulk water properties at room temperature with an average relative error of 0.6%. In atomistic simulations, OPC3-pol's computational efficiency is in between that of 3- and 4-point nonpolarizable models; the model supports increased (4 fs) integration time step. OPC3-pol is tested in simulations of globular protein ubiquitin and a B-DNA dodecamer with several AMBER force fields, ff99SB, ff14SB, ff19SB, and OL15, demonstrating structure stability close to reference on multi-microsecond time scale. Simulation of an intrinsically disordered amyloid β-peptide yields an ensemble with the radius of gyration of a random coil. The proposed water model can be trivially adopted by any package that supports standard nonpolarizable force fields and water models; its intended use is in long classical atomistic simulations where water polarization effects are expected to be important.

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