精确的分析算法用于溶剂可访问的表面积和衍生品在隐含的溶剂分子模拟在GPU上的GPU
Xin Cao1,2, Michelle H Hummel3, Yuzhang Wang4
1Department of Applied Mathematics and Statistics, Stony Brook University, Stony Brook, New York 11794, United States.
Journal of chemical theory and computation
|May 23, 2024
概括
我们开发了可微分溶剂可访问表面积 (dSASA),这是一种精确的几何方法,用于计算分子表面积及其衍生品在GPU上. 这种方法加速了模拟,并准确地模拟了蛋白质和核酸.
科学领域:
- 计算化学是一种计算化学.
- 分子建模分子建模
- 生物物理学的生物物理.
背景情况:
- 准确计算溶剂可访问表面积 (SASA) 对于分子动力学 (MD) 模拟至关重要.
- 现有的SASA计算的数值方法可能是计算密集的,可能缺乏分析衍生物.
研究的目的:
- 为了呈现可微分溶剂可访问表面积 (dSASA),一个精确的几何方法用于分析SASA计算与衍生品.
- 在图形处理单元 (GPU) 上实现dSASA,以加速计算.
- 将dSASA集成到分子动力学模拟中,以提高准确性和效率.
主要方法:
- 德劳内四面体化用于将原子分成组.
- 在SASA计算中采用包含-排除原则.
- 用于高性能计算的GPU实现.
- 在AMBER中集成用于分子动力学模拟.
主要成果:
- 与蛋白质和RNA的基于数值二元象面的方法相比,dSASA实现了>98%的准确性.
- 通过GPU加速的GB/SA模拟显示,比CPU版本的速度提高了20倍.
- 随着系统大小的增加,dSASA在速度上超过了LCPO算法.
- 稳定的GB/SAMD模拟证明了迷你蛋白质的存在.
结论:
- dSASA提供了一个准确而有效的方法来计算SASA及其衍生品.
- GPU 加速显著提高了隐性溶剂 MD 模拟的性能.
- dSASA是分子建模的宝贵工具,特别是对于大型生物分子和复杂的模拟.
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