Gaussian Accelerated Molecular Dynamics: Unconstrained Enhanced Sampling and Free Energy Calculation

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作者
Yinglong Miao,Victoria A. Feher,James Andrew McCammon
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:11 (8): 3584-3595 被引量:838
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.5b00436
摘要

A Gaussian accelerated molecular dynamics (GaMD) approach for simultaneous enhanced sampling and free energy calculation of biomolecules is presented. By constructing a boost potential that follows Gaussian distribution, accurate reweighting of the GaMD simulations is achieved using cumulant expansion to the second order. Here, GaMD is demonstrated on three biomolecular model systems: alanine dipeptide, chignolin folding, and ligand binding to the T4-lysozyme. Without the need to set predefined reaction coordinates, GaMD enables unconstrained enhanced sampling of these biomolecules. Furthermore, the free energy profiles obtained from reweighting of the GaMD simulations allow us to identify distinct low-energy states of the biomolecules and characterize the protein-folding and ligand-binding pathways quantitatively.

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