Cinética de eventos de cruce de barreras a partir de simulaciones de muestreo en rodajas aceleradas por temperatura

Área de la Ciencia:

• Química Computacional y Dinámica Molecular

Sus antecedentes:

• El muestreo en rodajas acelerado por temperatura (TASS) es una técnica de muestreo mejorada para explorar espacios de variables colectivas (CV) de alta dimensionalidad.
• TASS utiliza sesgos de restricción de paraguas, sesgos de metadinámica y aceleración de temperatura para lograr un muestreo exhaustivo.
• La determinación de las constantes de velocidad cinéticas a partir de datos de energía libre generados por simulaciones TASS presenta un desafío significativo.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y validar un protocolo novedoso para calcular constantes de velocidad de eventos de cruce de barreras utilizando TASS.
• Extender la aplicabilidad de TASS más allá de la exploración del paisaje de energía libre al análisis cinético.
• Abordar el desafío de recuperar la cinética a partir de datos de energía libre obtenidos de distintas rodajas de simulación TASS.

Principales métodos:

• Desarrollo de un protocolo que integra la representación del paisaje de energía libre basada en redes neuronales artificiales (ANN).
• Utilización de metadinámica infrecuente junto con simulaciones TASS.
• Aplicación del protocolo para calcular constantes de velocidad para sistemas moleculares.

Principales resultados:

• Se calcularon con éxito constantes de velocidad precisas para el cambio conformacional del dipéptido de alanina in vacuo.
• Se obtuvieron constantes de velocidad fiables para la disociación de la benzamidina de la tripsina.
• Se validó el protocolo calculando las constantes de velocidad para la disociación de la aspirina del β-ciclodextrina.

Conclusiones:

• El protocolo propuesto recupera eficazmente información cinética de los datos de energía libre generados por TASS.
• Este avance amplía la utilidad de TASS para estudios completos de dinámica molecular, incluida la cinética.
• El método demuestra precisión en diversos sistemas y procesos moleculares.